一种抗热损伤机车车轮及其生产方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种抗热损伤机车车轮及其生产方法和应用，C：0.45～0.50％，Si：0.40～0.95％，Mn：0.45～0.60％，Cr：0.40～0.50％，Al：0.005～0.020％，P：≤0.010％，S：0.015～0.035％，V:0.10～0.20％；T.O：≤10ppm，[H]：≤1.5ppm，[N]：30

【技术实现步骤摘要】
一种抗热损伤机车车轮及其生产方法和应用


[0001]本专利技术属于铁路车轮制备
，具体涉及一种抗热损伤机车车轮及其生产方法和应用，用于踏面制动牵引功率≥7200Kw的大功率机车。

技术介绍

[0002]制动牵引功率超过7200kw的大功率机车其牵引动力是通过电动机的转矩作用于钢轨，产生牵引力。当机车在坡道运行或停车瞬间机车制动力过大，轮轨粘着状态遭到破坏而发生空转，或滑行时往往就会造成车轮踏面的热损伤，热损伤部位出现马氏体组织白层。马氏体易剥离、脱落，形成裂纹。踏面制动机车车轮更为严重，因为制动热作用下轮辋发生约束热膨胀，使踏面残余应力状态由周向压应力转变为周向拉应力，导致热裂纹产生，进而在接触应力作用下转向于平行踏面的方向发展。
[0003]马氏体转变温度越高，形成的白层的抗裂能力越大。当马氏体转变温度超过285℃时，车轮表面上出现裂纹的概率就大为降低。牵引功率超过7200kw的大功率机车车轮材料多采用C含量在0.50
‑
0.55％的中碳碳素钢，远低于传统机车轮钢和客货车车轮钢(0.60
‑
0.75％)，这在早期起到一定的作用，但随着运输吨位的增加，尤其是一些条件较差运输线路，车轮发生热伤损频次更高。
[0004]综上可知，要降低车轮热伤损的萌生几率，首先要提高材料的相变温度，同时还要提高马氏体转变温度。
[0005]已有研究表明，材料相变点A
C1
、A
C3
，马氏体相变温度M
S
，和成分存在如下关系：
[0006]A
C1
(℃)＝723
‑
20.7Mn
‑
16.9Ni+29.1Si+16.9Cr+290As+6.38W
[0007]A
C3
(℃)＝910
‑
203C
1/2
‑
15.2Ni+44.7Si+104V+31.5Mo+13.1W
[0008]M
S
(℃)＝539
‑
423C
‑
30.4Mn
‑
20Si
‑
12.1Cr
‑
17.7Ni
‑
7.5Mo
[0009]再者，为了抑制热损伤的向车轮内部扩展的速率，通过热处理工艺提高车轮的断裂韧性和残余应力阻止裂纹的扩展。
[0010]目前珠光体车轮钢的C含量一般都在0.45％以上，通过添加其他元素提高性能，而贝氏体钢车轮采用C含量在0.45％以下的设计路线，加入大量合金元素，获得贝氏体组织。
[0011]现有技术中，2013年12月25日公开的公开号为CN 103469091 A的专利《一种大尺寸铁路车辆用辗钢整体车轮及其生产方法》，其成分：C0.46～0.55％、Si0.20～0.37％、Mn0.70～0.85％、Ni0.10～0.25％、Cr0.24～0.32％，Als0.020～0.040％、P≤0.008％、S≤0.008％。其热处理工序为：将按照常规工艺轧制并缓冷处理后的车轮随炉升温至860～880℃，保温3～3.5h后出炉空冷至室温，再将车轮随炉升温至840～860℃，保温3.5～4h后，出炉立即冷却到550℃以下后空冷至室温，冷却速度2℃/s～5℃/s，然后将冷却后的车轮放入480～500℃炉中，保温4.5～5h后，出炉空冷。但是其成分含Ni,成本较高，性能不能不满足踏面制动牵引功率≥7200Kw的大功率机车的要求。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种抗热损伤机车车轮及其生产方法，C含量控制在0.45
‑
0.50％，通过添加Si、Cr、Mn、V元素，没有其他合金元素，成分低，形成一种全新的成分设计体系，提高材料相变点A
C1
、A
C3
，马氏体相变温度M
S
，降低热损伤的萌生机率。并通过匹配相应的热处理工艺，提高车轮的断裂韧性和残余应力裂纹的扩展速率，进而提高车轮抗热损伤能力。
[0013]本专利技术还有一个目的在于提供一种抗热损伤机车车轮的应用，用于踏面制动牵引功率≥7200Kw的大功率机车。
[0014]本专利技术具体技术方案如下：
[0015]一种抗热损伤机车车轮，包括以下质量百分比成分：
[0016]C：0.45～0.50％，Si：0.40～0.95％，Mn：0.45～0.60％，Cr：0.40～0.50％，Al：0.005～0.020％，P：≤0.010％，S：0.015～0.035％，V:0.10～0.20％；T.O：≤10ppm，[H]：≤1.5ppm，[N]：30
‑
80ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0017]所述抗热损伤机车车轮，其成分满足：0.90≤A值≤0.95，A值
[0018]＝[C+Mn/3+Si/4+(Cr+V)/10]；0.90≤A值≤0.95是机车车轮强度的成分保证，但过高的会增加车轮淬硬性，带来不利的影响，容易发生冷裂纹。
[0019]所述抗热损伤机车车轮，其成分满足：0＜B值＜0.01，B值＝Al
‑
2.15
×
[N]；
[0020]所述抗热损伤机车车轮的组织为：晶粒度尺寸均在10.1
‑
15.2μm，组织为细珠光体和面积占比小于5％的铁素体，珠光体片间距0.10
‑
0.14μm。
[0021]所述抗热损伤机车车轮的性能：所述抗热损伤机车车轮的性能：轮辋屈服强度＞645Mpa且屈强比不低于63％，断面收缩率Z≥47％；踏面下35mm硬度≥310HBW；
‑
20℃冲击＞20J，断裂韧性＞90Mpa
·
m
1/2
，残余应力零点位置距踏面下达47mm以上，1100MPa下白层厚度≤180μm；1500MPa下白层厚度≤220μm；裂纹扩展长度≤1.9μm、裂纹扩展深度≤0.35μm；相变点A
C3
温度在815℃以上且马氏体转变温度不低于290℃。在同等应力下白层厚度降低40％，裂纹扩展速率降低45％以上。
[0022]本专利技术提供的一种抗热损伤机车车轮的生产方法，包括以下工艺流程：
[0023]电弧炉冶炼
‑
LF精炼
‑
RH真空处理
‑
连铸
‑
锯切
‑
加热
‑
轧制
‑
热处理
‑
加工。
[0024]所述加热：钢坯在加热炉的均热温度控制在1200～1240℃、预热、加热和均热总时间控制5.0h～8.0h。
[0025]所述轧制：开轧温度1050～1110℃、终轧温度870～900℃。
[0026]轧制后进行缓冷，缓冷具体为：轧后经过冷床冷却至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗热损伤机车车轮，其特征在于，所述抗热损伤机车车轮包括以下质量百分比成分：C：0.45～0.50％，Si：0.40～0.95％，Mn：0.45～0.60％，Cr：0.40～0.50％，Al：0.005～0.020％，P：≤0.010％，S：0.015～0.035％，V:0.10～0.20％；T.O：≤10ppm，[H]：≤1.5ppm，[N]：30
‑
80ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的抗热损伤机车车轮，其特征在于，所述抗热损伤机车车轮，其成分满足：0＜B值＜0.01，B值＝Al
‑
2.15
×
[N]。3.根据权利要求1所述的抗热损伤机车车轮，其特征在于，所述抗热损伤机车车轮，其成分满足：0.90≤A值≤0.95，A值＝[C+Mn/3+Si/4+(Cr+V)/10]。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的抗热损伤机车车轮，其特征在于，所述抗热损伤机车车轮的组织为：晶粒度尺寸均在10.1
‑
15.2μm，组织为细珠光体和面积占比小于5％的铁素体，珠光体片间距0.10
‑
0.14μm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的抗热损伤机车车轮，其特征在于，所述抗热损伤机车车轮的性能：所述抗热损伤机车车轮的性能：轮辋屈服强度＞645Mpa且屈强比不低于63％，断面收缩率Z≥47％；踏面下35mm硬度≥310HBW；
‑
20℃冲击＞20J，断裂韧性＞90Mpa
·
m
1/2
，残余应力零点位置距踏面下达47mm以上，1100MPa下白...

【专利技术属性】
技术研发人员：国新春，陈刚，程德利，王健，鲁松，刘海波，华磊，宁珅，杨晓东，杨克枝，
申请(专利权)人：宝武集团马钢轨交材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：