[发明专利]一种铁路车辆用380HB硬度等级车轮及其生产方法

说明书

本发明提供了一种铁路车辆用380HB硬度等级车轮及其生产方法，成分：C 0.77‑0.80％、Si 1.20‑1.50％、Mn 0.50‑0.70％、P≤0.015％、S≤0.015％、V0.15‑0.20％、N 100‑120ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明通过车轮成分优化设计并匹配适当的热处理工艺，不添加Cr和Ni等元素，成分低，而且能提高车轮材料硬度，硬度等级在380HB及以上，提高耐磨性，且塑性和韧性不降低，满足重载货车使用要求的车轮。

技术领域

本发明属于铁路车轮技术领域，具体涉及一种铁路车辆用380HB硬度等级车轮及其生产方法，硬度等级在380HB及以上，且塑韧性不降低，满足重载货车使用要求的车轮。

背景技术

铁路货运朝着重载化的方向发展，提高轴重是提高货运最有效的手段之一，在货运发达国家，如澳大利亚，货车轴重经历了30t→35t→40t→45t的发展，车轮材料的硬度也由≥320HB、经≥340HB、发展到≥360HB，通过提高硬度减缓车轮服役过程中的磨耗问题。目前，更高硬度等级的车轮(硬度等级380HB车轮)已研发并小批量使用，效果更好。

铁路车轮材料为碳素钢，允许条件微量合金元素改善综合性能，微观组织结构为珠光体+少量铁素体，货车用车轮一般为含碳量0.65-0.75wt％的高碳钢，一般硬度要求越高、碳含量就越高，通过提高碳含量是提高硬度的最有效措施，但车轮钢碳含量不允许超过0.77wt％，即不能为过共析钢。因为过共析钢组织一般为珠光体+渗碳体，其塑性、韧性相对差，尤其是当渗碳体呈网状分布时。另外，从热处理方面考虑，碳含量提高，一般采用在AC3相变点温度之上30-50℃加热，在冷却时才容易获得较高的硬度，但高碳钢加热温度高时又容易出现奥氏体晶粒粗大，导致塑性、韧性降低。

针对高硬度等级(≥360HB)车轮，目前一般碳含量控制在0.70-0.72wt％，通过添加Cr、Mo元素提高淬透性提高硬度，但在热处理冷却过程中易在踏面表层产生贝氏体组织，这种组织最深能够达到15mm，如不能在后续的机加工工序完全车削掉，影响车轮服役表现和安全。所以，一般车轮制造厂都是加大加工余量，这样又会导致成材率低、生产成本增加。

现有技术中，2017年10月13日公开的公开号为CN 107245649 A的专利《一种高强高塑性重载铁路货车车轮用钢及其生产方法》，其成分为：C 0.67-0.77％、Si 0.5 0-0.70％、M n0.70-0.8％、V 0.05-0.15％、N 50-150ppm、Als≤0.025％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，但是其硬度只有330-340HB左右，不能达到≥380HB的要求。

2014年4月23日公开的公开号为CN 103741021 A的专利，公开了一种铁路货车用高韧性车轮钢及车轮制备方法，其成分为：C0.63-0.69％，Si 1.00-1.20％，Mn0.90-1.10％，Ni0.15-0.30％，Als0.010-0.030％，P≤0.015％，S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；但是其成分含Ni，成本高，而且硬度只能达到315-330HB，不能达到≥380HB的要求。

2013年7月24日公开的公开号为CN 103221561 A的专利《车轮用钢》，其成分为：含有C：0.65～0.84％、Si：0.02～1.00％、Mn：0.50～1.90％、Cr：0.02～0.50％、V：0.02～0.20％、S≤0.04％，[34≤2.7+29.5×C+2.9×Si+6.9×Mn+10.8×Cr+30.3×Mo+44.3×V≤43]且[0.76×exp(0.05×C)×

exp(1.35×Si)×exp(0.38×Mn)×exp(0.77×Cr)×exp(3.0×Mo)×exp(4.6×V)≤25]，剩余部分由Fe和杂质组成，P≤0.05％、Cu≤0.20％、Ni≤0.20％。但是其添加Cr元素提高强硬度，成本较高。

发明内容