[发明专利]一种大尺寸铁路车辆用辗钢整体车轮及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属铁道车辆用辗钢车轮制造领域，适用于铁路用大尺寸辗钢整体车轮，尤其涉及外径为1250mm的辗钢整体车轮及其生产方法。

背景技术

铁路车轮具有载重、导向、传递牵引力和制动力的功能，工作条件十分恶劣，对行车安全具有重要影响。随着我国铁路运输高速、重载化的发展，对铁路车轮质量的要求不断提高。因此对车轮钢的生产制备方法要求越来越高。

我国现广泛使用的使用的TB/T2708-1996铁路快速客车辗钢整体车轮技术条件和TB/T2817-1997铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件，均对车轮制造过程（炼钢、热成型、热处理）做出相关规定，特别对轮辋金相组织提出明确要求，车轮辋进行淬火与回火处理后，其组织应为细珠光体和少量铁素体，实际晶粒度应优于6级。

由于车轮属于热成型工序多，变形复杂的产品，在锻压-轧制过程中各部位受力不同，金属流动位移不同且冷却速度不一，导致轧后车轮不同部位组织存在明显差异，靠近边部组织较细，中部组织较粗大，这种组织差异在随后的热处理过程中由于组织遗传（即将粗晶有序组织加热到高于Ac3可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形态、大小和取向，这种现象称为钢的组织遗传），在热处理后组织中亦存在不同程度差异。因此，车轮轧态组织的均匀性，直接影响其热处理后组织的均匀性。

一般轧后车轮采用常规热处理，目的是通过热处理改善组织均匀性、提高其机械性能，采用常规热处理的普通车轮均能满足标准和使用性能要求。但对于外径尺寸为1250mm的大尺寸车轮而言，热成型过程中金属流动位移较大，各部位冷速差距较大，热加工后不同部位组织差异较大，均匀性较差、晶粒严重不均匀，常规热处理工艺不能有效改善不良组织遗传，消除轧制产生的不均匀组织，从而导致外径尺寸为1250mm的大尺寸车轮力学性能一直不能稳定满足相关技术条件要求，尤其是被日益重视的韧性要求。

在大尺寸车轮相关技术条件中对轮辋强度、硬度及断裂韧性和低温冲击性均有明确要求，在保持较高强硬度的同时必须均被相当的韧性，但是对于碳素钢来说，强度、硬度的提高势必会降低韧性，对大尺寸机车轮而言不仅存在韧性偏低，且存在低温冲击韧性和断裂韧性单值波动较大、不能稳定满足要求的问题，严重影响大尺寸车轮产品合格率及使用安全性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大尺寸铁路车辆用辗钢整体车轮及其生产方法，本发明在保持车轮强度的基础上，显著提高了断裂韧性和低温冲击韧性，改善了大尺寸车轮整体性能稳定性，提高其使用安全性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种大尺寸铁路用辗钢整体车轮用钢，其特征在于，其化学成分质量百分比为：C 0.46～0.55%、Si0.20～0.37%、Mn0.70～0.85%、Ni0.10～0.25%、Cr0.24～0.32%，Als0.020～0.040%、P≤0.008%、S≤0.008%、 其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明还提供大尺寸铁路用辗钢整体车轮钢的生产方法，包括冶炼工序、切锭轧制工序、热处理工序，其特征在于，所述热处理工序为：将按照常规工艺轧制并缓冷处理后的车轮随炉升温至860～880℃，保温3～3.5h后出炉空冷至室温，再将车轮随炉升温至840～860℃，保温3.5～4h后，出炉立即冷却，使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下后空冷至室温，然后将冷却后的车轮放入480～500℃炉中，保温4.5～5h后，出炉空冷。 

下面具体说明本发明技术方案的内容：

（1）化学成分设定

铁素体-珠光体组织在硬度水平相当时，不仅具有最好的耐磨性，更具有一定的韧性，目前为止，国内外火车车轮用钢均为该种组织，因此，本发明的车轮用钢应具有铁素体-珠光体组织状态。

C是车轮钢中最重要的合金元素，对车轮的材料特性起着关键影响， C对强、硬度贡献最大，随着碳含量的提高，在明显改善强硬度的同时，会大幅降低车轮钢的韧性，为兼顾强硬度与韧性，因此本发明将C的范围定为0.46～0.55%之间。

从合金元素对性能的影响规律看，为获得高的强度硬度性能和高的塑、韧性能，应实施复合微合金化。因此，本发明重点对车轮钢中的Si、Mn、Cr、Ni、Als含量进行了设计。

Si在车轮钢中不仅能提高其强度，同时有助于提高材料抗热损伤性能，但是Si含量的增加会提高材料的热敏感性和脆性，不利于提高韧性，因此本发明将Si的范围确定为0.20～0.37%之间。