[发明专利]一种高碳车轮钢及其热处理方法以及利用其制备车轮的方法

说明书

本发明提供了一种高碳车轮钢及其热处理方法以及利用其制备车轮的方法，所述高碳车轮钢，包括以下重量百分比的化学成分：C 0.60‑0.70％、Si≤0.60％、Mn 0.70‑0.90％、N 50‑150ppm、Als≤0.035％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，采用正火+淬火+回火工艺进行热处理，与现有技术相比，本发明在没有添加贵重的合金元素的情况下，通过控制车轮钢的化学成分及含量，结合相应的热处理和制备工艺，制备得到的车轮钢，在其强度、硬度水平与AAR‑B、CL60车轮相当的情况下，塑韧性明显提高，尤其是低温韧性有了明显的提高，而且冲击韧性值散差较小，对车轮冲击韧性的稳定性有了明显的提高。

技术领域

本发明属于铁道车辆用车轮钢技术领域，具体涉及一种高碳车轮钢及其热处理方法以及利用其制备车轮的方法。

背景技术

随着人们对车轮性能的认知，以及对车轮性能要求的逐渐提高，在GB8601-88《铁路用辗钢整体车轮》和TB/T 2708-1996《铁路快速客车辗钢整体车轮技术条件》这两个标准中提出了轮辋塑性、辐板常温冲击韧性要求。在铁总运[2016]85号文件《铁路货车用CL65、CL70辗钢整体车轮暂行技术条件》中，增加了轮辋冲击韧性的要求，在TB/T 3469-2016《机车用辗钢整体车轮》和TJ/CL275-2014《动车组车轮暂行技术条件》标准中，不仅对轮辋常温冲击韧性提出要求，又增加了低温冲击韧性要求。

在国内铁道车辆用车轮的标准演变过程中，从早期仅对铁路用整体车轮提出辐板常温冲击韧性要求，到今年来颁布的机车车轮和标准动车组车轮，逐渐增加轮辋常温、低温冲击韧性和断裂韧性的要求，而且在欧洲EN13262-2004《铁路应用-轮对和转向架-车轮-产品要求》中均提出了轮辋常温、低温冲击韧性要求，由此可知，韧性已经成为车轮应用中不可或缺的性能指标。

日本车轮进入中国市场以来，实物车轮以高强高硬度高韧性著称，具有良好的服役效果，但具体的车轮钢炼钢工艺和车轮热处理工艺，在文献中无法查找。

从车轮材料的发展趋势可知，提高车轮材料的韧性正是各个国家追求的目的。众所周知，冲击韧性是动载荷作用下材料抵抗变形和断裂的能力，冲击韧性试样的形状、尺寸有很大关系，同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高，这些对冲击韧性影响都非常大，导致冲击韧性值分散性较大。此外与材料属性和组织也有很大关系，冲击韧性值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使冲击韧性值明显降低。因此，在规范车轮轮辋冲击韧性检测方法和严格的试样加工外，改善车轮微观组织亦是提高车轮轮辋冲击韧性稳定性的重要手段。

随着中国铁路交通的迅速发展，车轮作为火车的重要支撑、行走部件，对其使用性能要求越来越高，特别是使用安全性能，因此，在要求车轮具备一定强度和硬度的同时，必须具有较好而稳定的韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高碳车轮钢，其成分组成为C、Si、Mn、N、Als、Fe，此种组成的高碳车轮钢得到的车轮，其轮辋冲击韧性较高。

本发明的另一目的在于提供一种高碳车轮钢的热处理方法，采用了正火+淬火+回火的工艺，该热处理工艺能够有效地提高组织均匀性，从而提高冲击韧性的稳定性。

与现有技术相比，本发明在没有添加贵重的合金元素的情况下，通过控制车轮钢的化学成分及含量，结合相应的热处理和制备工艺，制备得到的车轮强硬度水平、组织状态与AAR-B、CL60车轮相当的情况下，塑韧性明显提高，尤其是低温韧性有了明显的提高，而且冲击韧性值散差较小，对车轮冲击韧性的稳定性有了明显的提高。

本发明采取的技术方案为：