一種車輪鋼,其熱處理方法以及用圖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鐵道車輛用輾鋼車輪制造領域，具體涉及軸重25t~30t，運行速度 <120km/h的鐵道貨車車輛用輾鋼整體車輪的熱處理方法。
【背景技術】
[0002] 我國現行鐵道貨車車輛用車輪標準為1997年頒布的鐵道行業標準TB/ T2817-1997《鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術條件》，主要適用于運行速度不低于120km/h的 鐵道貨車車輛用車輪。該標準中常規CL60鋼C含量要求為0. 55-0. 65%，幾十年沒有變化。 近些年來，傳統車輪鋼運行于重載、提速條件下，先后暴露出大量的問題，包括磨損和輾邊 嚴重，車輪剝離、掉塊加劇，車輪的壽命急劇縮短，造成經常性的非正常停車檢修。以大秦線 重載運輸為例，C80、C76型重載貨車裝備的25t軸重CL60材質車輪服役效果很不理想，車 輪磨耗超過1. 5_/10萬公里，遠大于23t軸重普通車型車輪。
[0003] 即將頒布實施的新鐵道行業標準，其中部分內容將替代TB/T2817-1997。新TB中 新增了 適用于 25t-30t軸重的CL65 (0. 57-0. 67 %C)、CL70 (0. 67-0. 77 %C)兩個材質，車輪 的強度、硬度要求隨著C含量的增加而提高，同時新TB對CL65輻板常溫沖擊要求與CL60 相當，即平均值不小于16J。
[0004]對于C含量部分處于中、高碳鋼范圍內的CL65鋼車輪，新鐵道行業標準要求車輪 輪輞經淬火和回火處理后，其顯微組織應為細珠光體和少量鐵素體，這種組織的顯著特點 是，強硬度的提高會導致沖擊韌性的下降，從而降低車輪內部抗裂紋擴展能力，當車輪在服 役過程中會受到復雜的輪軌相互作用力的作用時，會對使用安全性能產生不利影響。
[0005] 馬鋼在研發中、高碳鋼CL65車輪過程中，按照車輪常規軋制、熱處理工藝試制的 CL65車輪，存在輻板沖擊韌性平均值偏低、且富余量不足的現象，無法在滿足既定強度的基 礎上獲得較好輻板沖擊韌性，降低了中、高碳鋼車輪的使用安全性能。
[0006] 因此，如何在保證中、高碳鋼（0. 57-0. 67%C)車輪強度水平不降低的前提下，滿 足新TB中關于輻板沖擊平均值不小于16J的要求，有效提高車輪的沖擊韌性指標，是目前 急需解決的一個重要問題。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種C含量為0. 57-0. 67%的鐵路貨車車輪的熱處理方 法，其目的是在保證車輪強度的基礎上，改善輻板沖擊韌性，增加車輪使用安全性能。具體 技術方案如下：
[0008] 一種車輪鋼，含有化學成分重量百分比為：C0.57-0. 67 %、Si彡1.00%、 Mn彡1. 20%、P彡0. 025%、S彡0. 025%，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
[0009] 進一步地，含有化學成分重量百分比為：C0.60%、Si0.84%、Mn0.80%、P 0.015%、S0.013%，Als0.009%。
[0010] 上述的車輪鋼的用途，用于制造鐵路貨車車輪。
[0011] 上述的車輪鋼的熱處理方法，包括如下步驟：
[0012] (1)車輪隨爐升溫至850~870°C;
[0013] (2)保溫；
[0014] (3)輪輞噴水冷卻；
[0015] (4)在輻板中部溫度降至730~740 °C時，對輻板部位進行風冷；
[0016] (5)空冷；
[0017] (6)加熱，回火，保溫。
[0018] 進一步地，步驟（1)中所述車輪首先經過常規工藝軋制。
[0019] 進一步地，步驟（2)中保溫2. 5-3.Oh。
[0020] 進一步地，步驟（3)中使輪輞內部金屬以2°C/s~5°C/s的冷卻速度加速冷卻到 550°C以下。
[0021] 進一步地，步驟（4)中使輻板內部金屬以4°C/s~7°C/s的冷卻速度加速冷卻至 550°C以下。
[0022] 進一步地，步驟（6)中加熱至490±10°C回火，保溫時間處理不小于4小時。
[0023] 車輪常規熱處理制度一般為：乳后車輪熱處理加熱，加熱后進行輪輞淬火，此時輻 板為空冷狀態，然后進行整體車輪回火。與目前現有技術相比，本發明提供了一種C含量為 0. 57-0. 67%鐵路貨車車輪輻板沖擊韌性的熱處理方法，在對按照常規工藝軋制、熱處理加 熱后的車輪工件進行輪輞淬火時，對輻板增加風冷，以加快輻板處冷卻速度，促進先共析鐵 素體析出量的增加和珠光體片層細化，從而在改善車輪輻板沖擊韌性的同時，不降低其強 度，使之達到較好的強韌性匹配。采用本發明熱處理后的碳含量為0. 57-0. 67%的鐵路貨車 車輪在使得強度與常規中、高碳鋼車輪相當的基礎上，輻板沖擊性能顯著提高，從而獲得了 良好的綜合力學性能，從而提高車輪使用安全性能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為常規碳含量為0. 57-0. 67%的車輪福板顯微組織（片狀珠光體+少量鐵素 體）
[0025] 圖2為本發明車輪輻板顯微組織（細片狀珠光體+少量鐵素體）
【具體實施方式】
[0026] 下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實 施例。
[0027] 一種針對高碳鋼鐵路貨車車輪的熱處理方法，高碳鋼鐵路貨車車輪的化學成分重 量百分比為：C0? 57-0. 67%、Si彡 1. 00%、Mn彡 1. 20%、P彡 0? 025%、S彡 0? 025%，其余 為Fe和不可避免的雜質元素。具體操作方法為：將按照常規工藝軋制后的車輪，隨爐升溫 至850~870°C保溫2. 5-3. 0小時后，輪輞噴水冷卻（使輪輞內部金屬以2°C/s~5°C/s 的冷卻速度加速冷卻到550°C以下），在輻板中部溫度降至730~740°C時，對輻板部位進行 風冷（使輻板內部金屬以4°C/s~7°C/s的冷卻速度加速冷卻至550°C以下），然后空冷， 最后再加熱至490± 10°C回火，保溫時間處理不小于4小時。使輻板組織細片狀珠光體+少 量鐵素體，本發明使得輻板處片狀珠光體片層間距減小，即鐵素體和滲碳體片變薄，使塑性 變形能力增大，從而提高輻板的塑韌性。
[0028] 實施例1-2中的車輪鋼的化學成分重量百分比如表1所示，實施例1-2均采用電 爐冶煉經LF+RH精煉真空脫氣后直接連鑄成巾380mm的圓坯，經切錠、加熱軋制、熱處理后 形成直徑為840mm的車輪。
[0029] 實施例1:
[0030] 將化學成分如表1實施例1的鋼水經過電爐煉鋼工序、LF爐精煉工序、RH真空處 理工序、圓坯連鑄工序、切錠軋制工序、熱處理工序、加工、成品檢測工序而形成。所述的熱 處理工序為：隨爐升溫至854°C保溫2. 6小時后，輪輞噴水冷卻（使輪輞內部金屬以2°C/ s~5°C/s的冷卻速度加速冷卻到550°C以下），在輻板中部溫度降至790°C時，對輻板部位 進行風冷（使輻板內部金屬以4°C/s~7°C/s的冷卻速度加速冷卻至732°C以下），然后 空冷，最后再加熱至497°C回火，保溫時間4小時30分鐘。
[0031] 如圖1、2所示，本實施例制備的車輪輻板顯微組織為細片狀珠光體+少量鐵素體， 而常規工藝生產的CL65車輪輻板顯微組織為片狀珠光體+少量鐵素體，即實施例珠光體片 層間距顯著減小，使得細片狀珠光體較片狀珠光體具有較好的塑韌性。
[0032] 本實施例車輪輻板拉伸及沖擊性能如表2所示，由表2可以看出實施例1和對比 例車輪輻板的拉伸性能基本相當，但實施例1的輻板沖擊平均值高于對比例7J，沖擊韌性 明顯優于對比例，且單值穩定，波動較小。
[0033] 由此可見，實施例1車輪輻板在保持與對比例相當強度的前提下，具有較高的沖 擊韌性水平，發明取得了預期效果。
[0034] 實施例2 :
[0035]將化學成分如表1實施例2的鋼水經過電爐煉鋼工序、LF爐精煉工序、RH真空處 理工序、圓坯連鑄工序、切錠軋制工序、熱處理工序、加工、成品檢測工序而形成。所述的熱 處理工序為：將化學成分如表1實施例2的鋼水經過電爐煉鋼工序、LF爐精煉工序、RH真空 處理工序、圓坯連鑄工序、切錠軋制工序、熱處理工序、加工、成品檢測工序而形成。所述的 熱處理工序為：隨爐升溫至868°C保溫2. 8小時后，輪輞噴水冷卻（使輪輞內部金屬以2°C/ s~5°C/s的冷卻速度加速冷卻到550°C以下），在輻板中部溫度降至786°C時，對輻板部位 進行風冷（使輻板內部金屬以4°C/s~7°C/s的冷卻速度加速冷卻至733°C以下），然后 空冷，最后再加熱至483°C回火，保溫時間處理不小于4小時45分鐘。
[0036] 本實施例車輪輻板拉伸及沖擊性能如表2所示，由表2可以看出實施例1和對比 例車輪輻板的拉伸性能基本相當，但實施例1的輻板沖擊平均值高于對比例5J，沖擊韌性 明顯優于對比例，且單值穩定，波動較小。
[0037] 由此可見，實施例2車輪輻板在保持與對比例相當強度的前提下，具有較高的輻 板沖擊韌性，發明取得了預期效果。
[0038] 表1實施例1一2及常規中、高碳鋼制造的車輪的合金成分（重量百分比％ )
【主權項】
1. 一種車輪鋼，其特征在于，含有化學成分重量百分比為：C0.57-0.67 %、 Si彡I. 00%、Mn彡I. 20%、P彡0? 025%、S彡0? 025%，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
2. 如權利要求1所述的車輪鋼，其特征在于，含有化學成分重量百分比為：C0. 60%、 Si0.84%、Mn0.80%、P0.015%、S0.013%，Als0.009%。
3. 如權利要求I或2所述的車輪鋼的用途，其特征在于，用于制造鐵路貨車車輪。
4. 如權利要求1或2所述的車輪鋼的熱處理方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 車輪隨爐升溫至850~870°C; (2) 保溫； (3) 輪輞噴水冷卻； (4) 在輻板中部溫度降至730~740°C時，對輻板部位進行風冷； (5) 空冷； (6) 加熱，回火，保溫。
5. 如權利要求4所述的含釩中碳車輪鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟⑴中所述車 輪首先經過常規工藝軋制。
6. 如權利要求4或5所述的含釩中碳車輪鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟⑵中保 溫 2. 5-3.Oh。
7. 如權利要求4-6中任一項所述的含釩中碳車輪鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟 (3) 中使輪輞內部金屬以2°C/s~5°C/s的冷卻速度加速冷卻到550°C以下。
8. 如權利要求4-7中任一項所述的含釩中碳車輪鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟 (4) 中使輻板內部金屬以4°C/s~7°C/s的冷卻速度加速冷卻至550°C以下。
9. 如權利要求4-8中任一項所述的含釩中碳車輪鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟 (6)中加熱至490±10°C回火，保溫時間處理不小于4小時。
【專利摘要】本發明涉及一種車輪鋼，其熱處理方法以及用途，車輪鋼含有化學成分重量百分比為：C 0.57-0.67％、Si≤1.00％、Mn≤1.20％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。用于制造鐵路貨車車輪。熱處理方法包括如下步驟：(1)車輪隨爐升溫至850～870℃；(2)保溫；(3)輪輞噴水冷卻；(4)在輻板中部溫度降至730～740℃時，對輻板部位進行風冷；(5)空冷；(6)加熱，回火，保溫。采用本發明熱處理后的碳含量為0.57-0.67％的鐵路貨車車輪在使得強度與常規中、高碳鋼車輪相當的基礎上，輻板沖擊性能顯著提高，從而獲得了良好的綜合力學性能，從而提高車輪使用安全性能。
【IPC分類】C21D9-34, C21D8-00, C22C38-06, C22C38-04
【公開號】CN104762552
【申請號】CN201510230963
【發明人】孫曼麗, 江波, 陳剛, 方金鳳, 鐘斌, 鄒強, 趙海, 宮彥華, 李翔
【申請人】馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年5月7日