铁路车辆用车轮及铁路车辆用车轮的制造方法技术

本发明专利技术提供能够进一步降低车轮和轨道的总的磨损、疲劳损伤的铁路车辆用车轮。一种铁路车辆用车轮，其特征在于，以质量百分率计具有C：0.65～0.84％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.05～1.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Al：0.001～0.08％和Cr：0.05～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质，至少从踏面起到深度15mm内部为止的区域中的显微组织为珠光体组织，至少所述区域中的珠光体片层间距为150nm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铁路车辆用的车轮，特别是涉及在重载铁路、矿山铁路等高轴重环境下使用的耐磨损性优良的车轮。需要说明的是，高轴重环境是指货物的轴重约为25吨以上的情况(客运铁路约为15吨以下)。对于用于这样的铁路的轨道，多数情况下为了提高耐久性而使用布氏硬度超过370的高硬度轨道，但本专利技术特别涉及在与这样的高硬度轨道组合使用时不仅车轮的磨损、耐损伤性良好而且还能够减轻轨道表面的磨损和损伤的车轮。
技术介绍
近年来，随着亚洲、非洲等世界性经济发展，货运铁路、矿山铁路等铁路运输飞跃性增长。与此相伴，行驶距离、装载的货物重量增加，车轮的磨损、疲劳损伤加快，因此，相比以往耐久性更优良的铁路用车轮的需求增高。作为提高车轮的耐磨损性、耐损伤性的技术，提出了各种各样的方案，例如，在专利文献1中记载了：使车轮踏面部为维氏硬度360以上的贝氏体或回火马氏体组织或者其混合组织，由此使车轮的耐剥落性、耐平面剥离性提高。在专利文献2、3中记载了：对车轮的化学组成进行优化并且使踏面的显微组织为珠光体，由此使耐磨损性、耐热龟裂性提高。特别是，在专利文献2中，通过对珠光体钢进行高碳化，使珠光体中的渗碳体相的体积比率增加而使布氏硬度为300以上，从而提高车轮的耐热龟裂性。在专利文献4中还记载了如下专利技术：通过对车轮的化学组成进行优选，使耐磨损性、耐滚动疲劳特性及抗散裂性的平衡提高。该专利技术是着眼于车轮的轮辋部和轮毂部的硬度和组织而完成的，其基于通过使用高硬度且淬透性低的钢作为车轮材料来提高车轮的性能这样的构思。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005-350769号公报专利文献2：日本特开2004-315928号公报专利文献3：日本特开平09-202937号公报专利文献4：日本特开2012-107295号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，专利文献1～4中所记载的技术是着眼于车轮的磨损、损伤并以提高车轮本身的耐久性为目的的技术，对于使用该车轮时在轨道侧产生的磨损、损伤没有加以充分的注意。因此，在近年来越来越苛刻的重载铁路的使用环境下，不能说充分抑制了车轮和轨道的总的磨损、损伤。从车轮的组织、材质的观点出发对轨道的耐磨损性、损伤性进行研究的例子非常少，过去也仅公开了：轨道材料、车轮材料都增加碳量是有效的；轨道与车轮的硬度之比提高时，轨道、车轮的总的磨损量减少，超过1时饱和；等。鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供能够进一步降低车轮和轨道的总的磨损、疲劳损伤的铁路车辆用车轮。用于解决问题的方法本专利技术人为了实现上述目的而进行了深入研究，结果得出下述(1)～(4)的见解。(1)在以近年来在高轴重用途中使用的珠光体轨道作为对象材料的情况下，车轮踏面的显微组织为珠光体的情况与车轮踏面的显微组织为专利文献1等中采用的贝氏体、回火马氏体的情况相比，更能够抑制车轮和轨道的总的磨损、疲劳损伤。(2)在踏面的显微组织为珠光体的车轮中，使用使至少从踏面起到深度15mm内部为止的区域中的珠光体片层间距为150nm以下的车轮，由此，也能够进一步抑制车轮和轨道的磨损、疲劳损伤。(3)对于上述(2)的使珠光体片层间距为150nm以下的车轮而言，将车轮材料的化学组成最优化，特别是将C设定为0.65～0.84质量％，由此能够兼顾耐磨损性与延展性及韧性。(4)此外，为了确保延展性、韧性，根据需要使珠光体组织的块尺寸为30μm以下是有效的。基于上述见解，从降低车轮和轨道的总的磨损、疲劳损伤的观点出发，发现了最佳的化学组成和显微组织作为车轮材料的化学组成和显微组织，从而完成了本专利技术。即，本专利技术的主旨构成如下所述。一种铁路车辆用车轮，其中，以质量百分率计具有C：0.65～0.84％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.05～1.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Al：0.001～0.08％和Cr：0.05～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质，至少从踏面起到深度15mm内部为止的区域中的显微组织为珠光体组织，至少上述区域中的珠光体片层间距为150nm以下。通过采用上述构成，在本专利技术中能够提高车轮和轨道的总的耐磨损性、耐表面损伤性。此外，在本专利技术中，上述铁路车辆用车轮以质量百分率计含有选自Cu：0.03～0.5％、Ni：0.03～0.5％、Mo：0.02～0.2％、V：0.003～0.3％、Nb：0.003～0.1％和Ti：0.002～0.02％中的一种或两种以上。由此，能够进一步提高车轮材料的强度、延展性、韧性。此外，在本专利技术中，优选将上述区域中的珠光体的块尺寸设定为30μm以下。由此，能够确保延展性和韧性，从而抑制疲劳损伤以外的脆性断裂，耐损伤性进一步提高。此外，在本专利技术中，优选将上述铁路车辆用车轮的自踏面起15mm内部的、0.2％屈服强度(YS)设定为700MPa以上、屈服比设定为60％以上，由此，能够进一步减轻作为对象材料使用的轨道的损伤。此外，在本专利技术中，优选自踏面起15mm内部的、拉伸试验中的伸长率为12％以上、20℃下的夏比冲击值为15J以上，由此，抑制疲劳损伤以外的脆性断裂，耐损伤性进一步提高。需要说明的是，只要没有特别说明，则本说明书中的0.2％屈服强度、屈服比、伸长率和夏比冲击值是指铁路车辆用车轮的自踏面起15mm内部的位置的值。另外，本专利技术的铁路车辆用车轮的制造方法为如下所述的铁路车辆用车轮的制造方法：将以质量百分率计具有C：0.65～0.84％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.05～1.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Al：0.001～0.08％和Cr：0.05～1.5％且余量为Fe和不可避免的杂质的钢利用电炉或转炉进行熔炼、铸造而制成原材料，对该原材料进行热轧和/或热锻而成形，然后，将该成形后的车轮加热至加热温度Ac3点+50℃以上，进行冷却开始温度为700℃以上、冷却速度为1～10℃/秒、冷却停止温度为500～650℃的加速冷却，然后进行空冷。在本专利技术的铁路车辆用车轮的制造方法中，优选上述钢进一步以质量百分率计含有选自Cu：0.03～0.5％、Ni：0.03～0.5％、Mo：0.02～0.2％、V：0.003～0.3％、Nb：0.003～0.1％和Ti：0.002～0.02％中的一种或两种以上。此外，在本专利技术的铁路车辆用车轮的制造方法中，优选上述加热温度为Ac3点+150℃以下。专利技术效果根据本专利技术，通过适当地控制车轮材料的成分组成和显微组织，能够抑制不仅车轮、还包括轨道在内的综合的磨损、损伤。由此，能够提高车轮和轨道的使用寿命。附图说明图1是磨损试验机的概略图和试验条件。图2是使车轮材料的显微组织发生变化时的磨损试验后的断面状态。图3是示出车轮材料的珠光体片层间距对车轮材料与轨道材料的磨损量的影响的图。图4是使车轮材料的珠光体片层间距发生变化时的磨损试验后的断面状态。图5是示出珠光体块尺寸对车轮材料的20℃下的夏比吸收能(韧性)产生的影响的图。具体实施方式·显微组织的种类的影响接着，对本专利技术具体地进行说明。首先，本专利技术人为了弄清楚车轮踏面的显微组织的种类对车轮和轨道的磨损及表面损伤产生的影响，准备了由珠光体、贝氏体和回火马氏体这三种显微组织构成的车轮材料，对于各车轮材料，以与相同的轨道材料的组合进行磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路车辆用车轮，其中，以质量百分率计具有C：0.65～0.84％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.05～1.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Al：0.001～0.08％和Cr：0.05～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质，至少从踏面起到深度15mm内部为止的区域中的显微组织为珠光体组织，至少所述区域中的珠光体片层间距为150nm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 JP 2014-1205421.一种铁路车辆用车轮，其中，以质量百分率计具有C：0.65～0.84％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.05～1.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Al：0.001～0.08％和Cr：0.05～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质，至少从踏面起到深度15mm内部为止的区域中的显微组织为珠光体组织，至少所述区域中的珠光体片层间距为150nm以下。2.如权利要求1所述的铁路车辆用车轮，其中，进一步以质量百分率计含有选自Cu：0.03～0.5％、Ni：0.03～0.5％、Mo：0.02～0.2％、V：0.003～0.3％、Nb：0.003～0.1％和Ti：0.002～0.02％中的一种或两种以上。3.如权利要求1或2所述的铁路车辆用车轮，其中，所述区域中的平均珠光体块尺寸为30μm以下。4.如权利要求1～3中任一项所述的铁路车辆用车轮，其中，自踏面起15mm内部的、0.2％屈服强度(YS)为700MPa以上、屈服比为60％以上。5.如权利要求3所述的铁路车辆用车轮，其中，自踏面起15m...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村达己，岩本隆，远藤茂，本庄稔，一宫克行，长谷和邦，德永和也，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP