【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁路车轮制备，更具体地说，涉及一种优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢、车轮及车轮生产方法。
技术介绍
1、20世纪90年代后，铁路车轮材料、工艺基本定型。一方面，细珠光体-少量铁素体型铁路车轮因其优良的耐磨性、易切削性和热稳定性等优点，一直被世界各国和地区广泛使用。另一方面，当前铁路车轮普遍采用“整体加热+踏面连续喷淬+整体回火”进行热处理；其中，踏面连续喷淬采用大水量直接喷射车轮踏面表面，是决定车轮轮辋组织与性能的关键工序。
2、er7车轮是欧洲国家和地区普遍采用的一个牌号车轮，广泛用于准高速、城轨及货运车辆，执行标准din en 13262-2020《铁路应用-车轮和转向架-车轮-产品要求》，性能特点为中等强度+高韧性。
3、经检索，2020年8月7公开的中国专利技术专利，一种耐磨性及强韧性匹配良好的中碳车轮钢及其热处理方法及车轮的制备方法，公开号为cn 111500925 a，其公开的技术方案为：化学成分：c 0.49-0.52％、si 0.20-0.40％、mn 0.50-0.80％、p≤0.020％、s≤0.015％、v 0.08～0.12％、als 0.008～0.030、n0.0050～0.0010％、cr 0.15～0.28％，其余为fe和不可避免的杂质元素。其通过控制v、al、n元素含量，并采用弱喷+强喷的复合热处理工艺，提高了车轮耐磨性及轮辋强韧性匹配。但该专利技术采用v微合金化设计，属于微合金化低合金钢，且热处理工艺复杂。
4、又如，2019年9月27
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢、车轮及车轮生产方法，通过对车轮钢化学成分的严格限定和热处理制度的优化，实现了对轮辋内部特定深度范围内冷却速度的精确控制，有效抑制了铁素体的析出，改善了其形态与分布，细化了珠光体片间距，获得了较常规er7车轮更优越的力学性能与抗磨损性能，改善车轮服役中后期的耐磨性能，满足用户使用需求。
2、本专利技术具体技术方案如下：
3、专利技术人发现，采用踏面连续喷淬采用大水量直接一种优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢，包括以下质量百分比成分：
4、c 0.49～0.52％、si 0.20～0.50％、mn 0.60～0.80％、cr 0.22～0.30％、ni0.10～0.40％、mo 0.03～0.08％、al 0.020～0.030％、v 0.02～0.08％、p≤0.020％、s≤0.015％，其余为fe及不可避免的杂质元素。
5、所述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢的成分中，
6、0.28％≤cr+mo≤0.35％。
7、所述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢的成分中，ti≤0.003％、als0.012～0.018％、n(70～100)×10-4％。
8、cr、mo是钢中提高淬透性的重要元素，适量添加便能提高过冷奥氏体的稳定性，使转变温度降低、过冷度增大，从而有效抑制铁素体的析出，同时也具有细化珠光体片层间距的效果。如果cr+mo含量过高，显著降低铁素体体积分数，导致强硬度水平明显提高，对冲击韧性、断裂韧性造成不利影响；如果cr+mo含量过低，抑制铁素体析出的效果不明显。因此，本专利技术对cr、mo含量的上下限进行了限定。
9、al作为钢中最主要的脱氧剂，al以酸溶铝als和不溶铝两种形式存在于钢中；als相当于钢中的合金元素，而不溶铝形成氧化铝夹杂物，本专利技术同时限定al和als，限定整体和部分目的是为了控制钢的洁净度，兼顾保证合金化程度。溶解在基体中的als能与n结合形成aln第二相，因其较好的热稳定性，在热加工时钉扎晶界而具有较好的细化晶粒的效果。但当al含量低于0.020％时，aln析出驱动力不足，高于0.030％时又易形成al2o3脆性夹杂物，因此，将al的范围确定为0.020～0.030％，将als的范围确定为0.012～0.018％。
10、n与车轮钢中的als有效结合形成热稳定性较好的aln粒子，偏聚在晶界上，在热加工时起钉扎晶界的作用，阻碍晶粒长大。理论上，n含量越高，aln粒子的析出驱动力越大，aln粒子数量更多、尺寸更细小、分布更均匀，但考虑炼钢时控n工艺的稳定性，将本专利技术中的氮含量定为(70～100)×10-4％。
11、因为ti与al都是氮化物形成元素，对于碳素钢成分体系，严格控制ti的含量，可避免其与al形成竞争关系，从而保证als与n的有效结合，促进aln粒子的形成，以达到细化晶粒的效果。晶粒的细化则有利于改善铁素体的分布均匀性，还可以协调车轮的强韧性匹配。因此，本专利技术结合目前的炼钢工艺水准对ti的上限进行了限定。
12、ni作为一种奥氏体形成元素，可促进奥氏体化进程，其主要作用是细化晶粒，提高基体组织的韧性，获得细小的珠光体片层间距，同时对铁素体也有较好的强化作用，ni和cr的配合使用更是可以提高车轮轮辋内部组织的强韧性。但ni含量超0.40％，车轮钢热加工时钢坯的氧化铁皮不易被清除，产生异物折叠的风险。因此，将ni的范围确定为0.10～0.40％。
13、v是强碳氮化物形成元素，在钢中可形成间隙型vc、v4c3和富氮的v(c,n)等第二相粒子，具有细化晶粒和析出强化的作用，同时少量固溶的v还可细化珠光体片间距，是调控组织、改善性能十分优越的微合金化元素，但v又作为铁素体形成元素，有利于提高铁素体的形成驱动力，添加量较大则会导致铁素体充分析出，基于本专利技术目的，将v的范围确定为0.02～0.08％。
14、上述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢经过以下工序生产：电炉熔炼→lf炉精炼→rh真空处理→圆坯连铸→缓冷处理。
15、本专利技术提供的一种车轮，采用上述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢生产获得。
16、所述车轮的室温状态的显微组织为珠光体+少量铁素体，距踏面25～40mm处的铁素体体积分数＜10％；铁素体形态沿晶界呈断续网状分布；铁素体体积分数随距踏面深度增加而增加，具体变化关系为：距踏面25～40mm处的铁素体体积分数随距踏面深度增加的递增梯度在0.13％～0.16％/mm，即距踏面深度每增加1mm,铁素体体积分数递增0.13％～0.16％。而类似成分传统工艺生产的车轮轮辋相应深处的铁素体体积分数递增梯度在0.35％～0.48％/m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢，其特征在于，所述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢包括以下质量百分比成分：
2.一种车轮，其特征在于，采用权利要求1所述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢生产获得。
3.根据权利要求2所述的车轮，其特征在于，所述车轮的室温状态的显微组织为珠光体+少量铁素体，距踏面25～40mm处的铁素体体积分数＜10％，铁素体形态沿晶界呈断续网状分布，距踏面25～40mm处的铁素体体积分数随距踏面深度增加的递增梯度在0.13％～0.16％/mm，铁素体宽度平均值在1.5～2.5μm，最大值在3～4μm；所述车轮的室温状态的显微组织中，珠光体片间距160～190nm、平均晶粒度≥7.5级。
4.根据权利要求2或3所述的车轮，其特征在于，所述车轮的轮辋部位的屈服强度550～590MPa，抗拉强度880～930MPa，断后伸长率≥17.0％；室温冲击功KU5单值≥28.0J，-20℃冲击功KV2单值≥16.0J，-40℃冲击功KV2单值≥12.0J；距踏面25mm处的硬度≥280HB、距踏面40mm处的硬
5.一种权利要求2-4任一项所述车轮生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热保温是指加热至Ac3+(70～110)℃。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，步骤S2中，所述踏面大流量喷淬方式冷却，是指采用连续大流量的循环水喷射车轮踏面，淬火台总水流量为每小时110～140吨，沿周向均布有6个箱式喷枪，每个喷枪出水流量均等，喷淬过程总时间为200～350s。
8.根据权利要求5或7所述的生产方法，其特征在于，在步骤S2中控制轮辋内部距踏面表面下25mm处的冷却速度为1.5～1.8℃/s，控制40mm处的冷却速度为0.8～1.0℃/s。
9.根据权利要求5-8任一项所述的生产方法，其特征在于，轮辋内部具体的控制冷速按照以下公式执行：
10.根据权利要求5-9任一项所述的生产方法，其特征在于，步骤S2中所述喷淬过程分成两个阶段进行，控制第一阶段持续时间占喷淬过程总时间的3/5～2/3，总水流量每小时110≤总水流量≤120吨，出水速度4～6m/s，且水流与踏面表面保持30～35°的倾斜角度，车轮转动角速度55～65°/s；控制第二阶段总水流量每小时120＜总水流量≤140吨，出水速度6～8m/s，水流与踏面表面保持40～45°的倾斜角度，车轮转动角速度70～80°/s；喷淬使用的水的水温≤10℃。
...【技术特征摘要】
1.一种优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢，其特征在于，所述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢包括以下质量百分比成分：
2.一种车轮，其特征在于，采用权利要求1所述优化铁素体含量及分布的中碳含钒铁路车轮钢生产获得。
3.根据权利要求2所述的车轮，其特征在于，所述车轮的室温状态的显微组织为珠光体+少量铁素体，距踏面25～40mm处的铁素体体积分数＜10％，铁素体形态沿晶界呈断续网状分布，距踏面25～40mm处的铁素体体积分数随距踏面深度增加的递增梯度在0.13％～0.16％/mm，铁素体宽度平均值在1.5～2.5μm，最大值在3～4μm；所述车轮的室温状态的显微组织中，珠光体片间距160～190nm、平均晶粒度≥7.5级。
4.根据权利要求2或3所述的车轮，其特征在于，所述车轮的轮辋部位的屈服强度550～590mpa，抗拉强度880～930mpa，断后伸长率≥17.0％；室温冲击功ku5单值≥28.0j，-20℃冲击功kv2单值≥16.0j，-40℃冲击功kv2单值≥12.0j；距踏面25mm处的硬度≥280hb、距踏面40mm处的硬度≥265hb；所述车轮辐板部位的抗拉强度730～770mpa；断后伸长率≥20.0％。
5.一种权利要求2-4任一项所述车轮生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚三成，张建，刘学华，赵海，国新春，翟龙，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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