專利名稱：一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵路列車車輪用低合金鋼，尤其涉及運營速度≥200km、軸重14.5噸、非踏面制動的內(nèi)燃機車或電動機車牽引的鐵路高速列車車輪用低合金鋼。
背景技術(shù)：
車輪是列車重要的運動構(gòu)件。車輪在列車運行過程中始終與鋼軌接觸，起著承載、傳遞動力以及制動等作用。車輪的磨損、疲勞及機械損傷，直接影響車輪的使用壽命和行車安全。研究結(jié)果表明，列車運行速度超過120km/h后，列車的動力學(xué)條件和使用條件發(fā)生顯著變化。隨著運行速度加快，車輪與鋼軌之間的磨損加劇，在列車運行特別是在制動過程中，產(chǎn)生大量的摩擦熱，加劇了車輪和鋼軌因疲勞、剝離等引發(fā)的失效問題，給列車的安全運行帶來極大的隱患，增大了鐵路檢修成本，甚至發(fā)生安全事故。為了適應(yīng)列車高速運行的需求，各國紛紛研究開發(fā)新的車輪用鋼，并取得了一定的成果，尤其是日本和歐洲的法國、德國，但它們采用的技術(shù)路線不同。日本采用高碳碳素鋼，其合金元素及百分比含量為0.60-0.75％C 0.15-0.35％Si0.50-0.90％Mn S≤0.50％ P≤0.045％ Cu≤0.30％。其性能為常溫輪輞抗拉強度在970～1077N/mm2， 這種車輪強度高，但韌性較差，存在的問題是抗熱損傷能力差，發(fā)生車輪踏面剝離概率高，增加維修成本。而歐洲則采用中碳非合金化鋼，其合金元素及百分比含量C≤0.52％ Si≤0.40％ Mn≤0.80％ S≤0.020％ P≤0.020％Cr≤0.30％ Cu≤0.30％ Mo≤0.08％ Ni≤0.30％ V≤0.06％其性能為常溫輪輞抗拉強度在820～940N/mm2， 這種車輪鋼強度、韌性匹配較差，在輪輞抗拉強度達(dá)880～940N/mm2時，常溫沖擊功小于20J，-20℃低溫沖擊功小于10J，斷裂韌性約等于 抗熱損傷能力差，發(fā)生車輪踏面剝離概率高，而斷裂韌性大于 以上時輪輞抗拉強度小于880N/mm2，車輪較軟，磨耗快，使用壽命短，運行成本高。
我國目前采用的CL60鋼0.55-0.65％C，0.17-0.37％Si，0.50-0.80％Mn，P≤0.035％，S≤0.040％，當(dāng)運行速度達(dá)120-140km/h后，車輪踏面剝離大量涌現(xiàn)，直接影響列車運行安全。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼，用這種鋼制造的輕型高速列車車輪可以獲得較好的綜合性能，既具有良好的強度，又具有良好的韌性，以適應(yīng)高速列車的需求。
一種輕型高速度列車車輪用中碳低合金，按重量百分比包括以下合金元素0.40-0.50％C 0.20-0.70％Si 0.50-0.80％Mn 0.20-0.30％Cr0.015-0.035％Als S≤0.02％ P≤0.02％其余為Fe及雜質(zhì)元素。
上述組份及含量的確定，是在開展含碳量對車輪綜合性能影響的研究基礎(chǔ)上得出的。在碳含量0.70-0.40％范圍內(nèi)，對不同成份材料的力學(xué)性能、抗滑動摩擦性能、抗?jié)L動摩擦性能、抗熱疲勞及抗接觸疲勞進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明，隨著碳含量的降低，材料的耐滑動摩擦性能、耐滾動摩擦性能以及耐接觸疲勞性能有所降低，但是材料的耐疲勞性能顯著提高。綜合所有研究結(jié)果表明，碳含量在0.50％左右的材料可以獲得較好的綜合性能。本發(fā)明在降碳的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高Si的含量，同時加入少量的Cr、Al。降低C含量，有利于提高車輪的韌性，并提高M(jìn)s點；提高Si含量，能提高Ac1、Ac3臨界點，并有一定的固熔強化作用，對過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變特性影響不大，且價廉；Cr能提高Ac1、Ac3的臨界點，同時可使鋼具有適度淬透性，可補償由于降低C含量而帶來的強度損失，并通過細(xì)化珠光體組織而具有強、韌化效果；Al在鋼中形成AIN析出物釘扎晶界，使奧氏體晶體細(xì)化。
輕型高速列車車輪是經(jīng)過下述工序加工而成，按指定上述組分及含量，由轉(zhuǎn)爐冶煉——LF爐精煉——VD真空處理——連鑄成圓坯，然后切坯——鍛壓——車輪軋機軋制——熱處理——機加工——成品檢驗。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明制成的車輪在輪輞抗拉強度達(dá)880～940N/mm2時，常溫沖擊功大于25J，-20℃低溫沖擊功大于10J，斷裂韌性超過 而歐洲的高速車輪在強度達(dá)880～940N/mm2時，常溫沖擊功小于20J，-20℃低溫沖擊功小于10J，斷裂韌性等于 因此本發(fā)明可使車輪強度、韌性匹配良好，獲得良好的綜合性能，具有良好的耐磨性能、抗裂紋擴展能力；由于Ac1、Ms點較高，還具有良好的抗熱損傷、抗機械疲勞損傷能力；合金元素少而價廉，加入量容易控制，有利于降低生產(chǎn)成本，確保行車安全。


(略)
具體實施例方式
下面通過實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實施例1采用通用的冶煉設(shè)備如轉(zhuǎn)爐、LF爐及VD設(shè)備，按表1編號1的組分及含量，采用通常的煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，連鑄成圓坯；然后圓坯模切成塊、加熱、鍛壓，由車輪軋機軋制；再經(jīng)熱處理、機加工、成品檢驗等工序制造成車輪。表2中編號1列出了其測試結(jié)果。
實施例2分別按表1編號2的組分及含量重復(fù)實施例1的方法，生產(chǎn)車輪，表2中編號2列出了其測試結(jié)果。
表1

實施例3分別按表1編號3的組分及含量重復(fù)實施例1的方法生產(chǎn)車輪，表2中編號3列出其測試結(jié)果。
表2

權(quán)利要求
1.一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼，按重量百分比包括以下合金元素0.40-0.50％C 0.20-0.70％Si 0.50-0.80％Mn 0.20-0.30％Cr0.015-0.035％Als S≤0.02％ P≤0.02％其余為Fe及雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼，按重量百分比包括以下合金元素0.48％C 0.34％Si 0.71％Mn 0.013％S 0.012％P 0.28％Cr 0.022％Als其余為Fe及雜質(zhì)元素
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼，按重量百分比包括以下合金元素0.50％C 0.37％Si 0.65％Mn 0.011％S 0.015％P 0.23％Cr 0.030％Als其余為Fe及雜質(zhì)元素
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼，按重量百分比包括以下合金元素0.42％C 0.70％Si 0.78％Mn 0.008％S 0.012％P 0.30％Cr 0.016％Als其余為Fe及雜質(zhì)元素
全文摘要
一種輕型高速列車車輪用中碳低合金鋼，按重量百分比包括以下合金元素，0.40－0.50％C 0.20－0.70％Si 0.50－0.80％Mn 0.20－0.30％Cr0.015－0.035％Als S≤0.02％ P≤0.02％，其余為Fe及雜質(zhì)元素。本發(fā)明降低鋼中碳含量，提高Si含量，同時加入微量Al及Cr。與背景技術(shù)相比，車輪的強度、韌性匹配良好，可獲得良好的綜合性能，具有良好的耐磨性能和抗裂紋擴展能力、抗熱機械損傷能力，合金元素少而價廉，加入量容易控制。
文檔編號C22C38/18GK1904117SQ20051011830
公開日2007年1月31日 申請日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月30日
發(fā)明者江波, 崔銀會, 陳剛, 龔志翔, 張建平, 王健, 安濤 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司