[发明专利]一种中碳高硬度重载车轮钢及其热处理方法及重载车轮的制备方法

说明书

本发明公开了一种中碳高硬度重载车轮钢及其热处理方法及重载车轮的制备方法，所述中碳高硬度重载车轮钢包括以下重量百分比的化学成分：C0.60‑0.67％、Si 0.80‑0.95％、Mn 0.75‑0.90％、Cr 0.25‑0.35％、V 0.05‑0.10％、P≤0.015％、S≤0.021％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明制备的AAR‑BM车轮与常规AAR‑B相比，可在符合B级钢成分、塑性韧性指标不降低的前提下，硬度、强度大幅度提高，其轮辋踏面下40mm处硬度在332HBW以上，外侧面硬度在345HBW以上，达到了AAR‑C车轮硬度要求。

技术领域

本发明属于铁路货车车轮的制造领域，具体涉及一种中碳高硬度重载车轮钢及其热处理方法及重载车轮的制备方法。

背景技术

车轮是铁路交通运输车辆的关键零部件，具有承载、牵引、导向、制动等作用，其质量好坏直接影响列车运行的安全性和稳定性。增加货车轴重可以提高车辆载重，改善货车运能，但众所周知：轴重增加势必使轮轨间的相互作用力增大，恶化车轮使用环境，增加车轮磨耗。

重载运输在以货运为主的澳大利亚非常普遍，其铁路重载列车的轴重已普遍提高，运输效率明显提高，随之而来的对车轮耐磨性、抗接触疲劳强度的要求也明显提高。北美AAR M-107标准中B级钢车轮(即AAR-B)要求：C含量0.57％-0.67％，其表面硬度302-341HBW，已无法满足目前使用要求。

强硬度指标是衡量车轮性能最基础指标，其大小直接影响车轮抗接触疲劳性、耐磨性，因此，提高车轮的强硬度指标可明显提高车轮的使用寿命。传统方法是增加C元素含量以提高车轮强硬度指标，但会对车轮塑性、韧性带来损害，对车轮使用安全性不利，因此越来越多的客户提出：采用中碳的B级钢成分达到高碳C级钢(C含量：0.67-0.77％)的强硬度要求，在确保车轮安全性的同时，进一步提高车轮的耐磨性、抗接触疲劳性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种中碳高硬度重载车轮钢及其热处理方法及重载车轮的制备方法。提供了一种有别于常规AAR-B的AAR-BM中碳高硬度车轮钢，并发明了与之相应的热处理制度，使得新材质BM车轮在成分设计符合AAR-B要求的前提下(C≤0.67％)，强硬度要求大幅度提高，其表面硬度由302-341HBW提高至321-363HBW，断面硬度梯度由285-341HB提高到321-363HB，达到北美AAR标准体系中的AAR-C材质(C：0.67-0.77％)的强硬度要求，使得新材质AAR-BM车轮的综合力学性能明显优于目前常规AAR-B车轮，从而提高车轮硬度及耐磨性，延长车轮服役寿命，具有非常明显的经济效益和社会效益。

本发明提供的一种中碳高硬度重载车轮钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.60-0.67％、Si 0.80-0.95％、Mn 0.75-0.90％、Cr 0.25-0.35％、V 0.05-0.10％、P≤0.015％、S≤0.021％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

进一步地，优选为包括以下重量百分比的化学成分：C 0.63-0.65％、Si 0.87-0.93％、Mn 0.84-0.89％、Cr 0.26-0.32％、V 0.06-0.08％、P≤0.010％、S≤0.021％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

更进一步地，优选为包括以下重量百分比的化学成分：C 0.64％、Si 0.0.93％、Mn0.89％、Cr 0.28％、V 0.07％、P 0.010％、S 0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

更进一步地，优选为包括以下重量百分比的化学成分：C 0.65％、Si 0.0.90％、Mn0.87％、Cr 0.28％、V 0.06％、P 0.008％、S 0.021％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

上述中碳高硬度重载车轮钢的成分中，在中碳材料基础上，为获得高的强硬度性能，实施了Cr、V等微合金化，并重点对Si、Cr、V含量进行了设计，具体如下：