[发明专利]一种轨道交通重载货车用贝氏体钢车轮及其制造方法

说明书

本发明公开了一种轨道交通重载货车用贝氏体钢车轮及其制造方法。其化学成分为：C 0.10‑0.40％、Ni 0.40‑2.10％、Cr 0.25‑1.50％、Mn 0.70‑2.10％、Si 0.20‑1.00％、W0.01～1.00％、Mo 0.05‑0.60％、Cu 0.01‑0.80％、V 0.01‑0.20％、Nb 0.001‑0.20％、B 0.0001‑0.0350％、RE 0.001‑0.040％、P≤0.020％、S≤0.020％，其余为Fe和不可避免的残余元素；且2.0％≤Mn+Cr≤3.0％。本发明采用C‑Ni‑Mn‑Cr‑Mo新的合金设计体系和合金化原理，车轮成型后，经先进的热处理后轮辋获得无碳化物贝氏体组织结构，车轮具有优异的综合力学性能、耐腐蚀性能和服役性能，尤其是高的强度、硬度与韧性、高的抵抗轮轨滚动接触疲劳性能(RCF)与抵抗热裂纹等特点。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及一种轨道交通重载货车用贝氏体钢车轮及其制造方法，具体涉及一种轴重30吨至45吨重载货车、运行速度≤160km/h重载货车用无碳化物贝氏体钢车轮及其制造方法。

背景技术

“高速、重载和低噪声”是世界轨道交通的主要发展方向，车轮是轨道交通的“鞋子”，是最重要行走部件之一，直接影响运行的安全。在列车正常运行过程中，车轮承受着车辆全部载重量，受到磨损和滚动接触疲劳(Rolling Contact Fatigue，简称RCF)的损伤，同时，更重要的是它与钢轨、闸瓦、车轴，以及周围介质有着非常复杂的作用关系，处在动态的、交替变化的应力状态中，特别是车轮与钢轨、车轮与制动闸瓦(盘式制动除外)是两对时刻存在的、不可忽视的摩擦副；在紧急情况或者特殊道路运行时，制动热损伤、擦伤则非常显著，产生热疲劳，也影响着车轮安全和使用寿命。我国铁路线路与其他国家存在差异，南北最大服役温差达到80℃以上，北方冬季最低温度达零下40℃以下，南方湿润、潮湿，腐蚀性大，这对车轮材料的耐腐蚀性能、耐低温性能有着更为苛刻的要求。

当货车轴重增加至25t以上后，车轮的磨损量明显增加，这要求提高车轮轮辋强度和硬度，以达到提高耐磨性和抵抗滚动接触疲劳的性能，同时，影响到安全性能的韧性指标不能降低，重载货运用车轮磨损大，而且是踏面制动易产生热裂纹，从而产生剥离、剥落和乃至辋裂等缺陷。

目前，我国25t轴重重载货车用车轮已由普通CL60车轮升级为CL70车轮，两者金相组织皆为珠光体-铁素体组织。但由于CL70车轮C、Si含量明显高于CL60，这使其强硬度明显提高，但韧性降低，主要服役使用问题为滚动接触疲劳(RCF)和踏面制动热裂纹，以及轮辋磨耗大及轮缘磨耗大等问题。同时，由于硬度的增加，加剧了钢轨的磨耗。

车轮各部位名称及其与钢轨接触示意图见图1，CL60钢主要技术指标要求见表1。

表1CL60车轮主要技术要求

生产制造过程中，要保证车轮材质优良，钢中有害气体和有害残余元素含量低。车轮在完成尺寸成型后，在高温奥氏体状态下，轮辋踏面经过喷水强化冷却，进一步提高轮辋的强度和硬度；辐板和轮毂相当于正火热处理，从而达到轮辋有高的强度和韧性的匹配，改善抗滚动接触疲劳(RCF)性能和磨损性能；辐板有高的韧性，改善疲劳性能，因此，车轮是梯度材料，最终实现车轮有优良的综合力学性能和服役使用性能。

在珠光体-少量铁素体车轮钢中，例如CL70重载车轮，铁素体是材料中软相，韧性好，屈服强度低，因其较软所以抗滚动接触疲劳(RCF)性能差。通常，铁素体含量越高，钢的冲击韧性越好；与铁素体相比，珠光体强度较高，韧性较差，因此冲击性能较差。

轨道交通的发展方向是高速、重载化，车轮运行时承受的载荷将大幅增加，现有珠光体-少量铁素体材质车轮在运行服役过程中暴露的问题越来越多，主要有以下几个方面不足：