[发明专利]一种高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢及其制备方法。所述高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢，包括如下化学成分及重量百分比：C0.67‑0.77％、Si 0.15‑1.00％、Mn 0.60‑0.90％、Als≤0.025％、P≤0.025％、S0.006‑0.020％、V 0.005‑0.015％、Cr 0.10‑0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。经过电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、RH真空处理工序、圆坯连铸工序、切锭热轧工序、热处理工序、加工、成品检测工序而形成。根据本发明的方法得到的高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢为铁素体+珠光体组织，相比AAR‑C车轮钢，在轮辋机械性能水平基本相当的前提下，能够显著提高车轮轮辋低温冲击韧性，从而有效增强了车轮低温下抗断裂能力。

技术领域

本发明属于重载铁路货车用高碳钢车轮的制造领域，具体涉及一种高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢及其制备方法。

背景技术

货运列车重载化是世界铁道交通货物运输的必然趋势，对于提高列车运输效率、增强铁道运输竞争力有着重大意义。当前，国外铁路重载货运列车的最大轴重已达35.7t，美国、加拿大、澳大利亚等国铁路重载列车的轴重已普遍达到了32.5t以上，瑞典、巴西等国的铁路重载列车轴重也已提高到了30t。国外实践证明，增大货车轴重，实现重载运输，是提高铁路运输能力、解决运能不足的有效途径。

发展铁路重载运输技术的难点和重点之一是如何保证在重载运输条件下轮轨的使用安全和使用寿命。研究结果表明，对于货车来说，由于采用踏面制动方式，随着车辆轴重的加大和速度的提高，导致制动力增大，车轮在制动时将承受巨大的热载荷，同时由于制动载荷的加大，车轮滑动距离增加，加剧了轮轨间的滑动摩擦趋势，从而使热损伤缺陷甚至热裂事故的发生几率增大。

国外重载车轮主要采用AAR标准，采用高碳(0.67－0.77％)的高强度、高硬度碳素钢车轮材料，首要的考虑是耐磨性、抗接触疲劳强度，但材料抵抗热损伤、内部疲劳裂纹扩展的能力较差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢及其制备方法。相比AAR-C车轮钢，在轮辋机械性能水平基本相当的前提下，能够显著提高车轮轮辋低温冲击韧性，从而有效增强了车轮低温下抗断裂能力，车轮设计安全冗余更大。

本发明采取的技术方案为：

一种高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢，包括如下化学成分及重量百分比：C0.67-0.77％、Si 0.15-1.00％、Mn 0.60-0.90％、Als≤0.025％、P≤0.025％、S 0.006-0.020％、V 0.005-0.015％、Cr 0.10-0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

进一步地，优化为包括如下化学成分及重量百分比：C 0.71-0.74％、Si0.62-0.68％、Mn 0.77-0.84％、Als≤0.017％、P≤0.009％、S 0.006-0.009％、V0.008-0.012％、Cr 0.11-0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

所述高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢的R_m≥1200MPa，Rp0.2≥820MPa，A≥16.8％，踏面下35mm处硬度等级为HV，外侧面硬度等级为HB。

所述高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级为8级，这种组织在硬度水平相当时，具有最好的耐磨性。

本发明还提供了所述高韧性重载铁路货车用高碳车轮钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)电炉冶炼连铸工序；

(2)切锭轧制工序；

(3)热处理工序，包括淬火和回火工艺。