一種高速鐵路列車用車輪鋼及其熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于高速鐵路列車的車輪鋼及其熱處理 工藝。該車輪鋼適用于時(shí)速多300km/h的高速客運(yùn)鐵路列車，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗?jié)L動(dòng)接觸疲 勞及磨損性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輪作為列車的關(guān)鍵部件，既承載車體重量、又向軌道傳遞牽引力和制動(dòng)力，并吸 收制動(dòng)能量，因此車輪鋼的力學(xué)性能和抗?jié)L動(dòng)接觸疲勞性能對列車運(yùn)行安全性和舒適性至 關(guān)重要。隨著高速鐵路速度和載荷的增加，對車輪鋼的強(qiáng)韌性及壽命也提出了越來越高的 要求。歐洲高鐵普遍使用的ER7型車輪鋼、日本新干線使用的V2型車輪鋼、我國高鐵采用 的CL60車輪鋼等車輪材料均為鐵素體珠光體組織，在時(shí)速250公里以下表現(xiàn)出較好的耐磨 損性能。隨著列車速度向時(shí)速300公里/小時(shí)及以上發(fā)展，珠光體組織的車輪鋼暴露出諸 多問題，如磨損快、偏磨嚴(yán)重、疲勞剝落等問題。如何優(yōu)化鋼的成分設(shè)計(jì)和微觀組織以提高 鋼抗磨損和抗疲勞性能是本發(fā)明研究的重點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明中，發(fā)明人針對現(xiàn)役高鐵車輪鋼服役中存在的嚴(yán)重疲勞磨損現(xiàn)象，通過優(yōu) 化車輪鋼的成分及其熱處理工藝，提供了一種獲得片層狀索氏體組織車輪鋼及其制備方 法，顯著改善了高速鐵路列車疲勞磨損嚴(yán)重的狀況。具體技術(shù)方案如下：
[0004] 一種高速鐵路列車用車輪鋼，按照重量百分比含有：C 0. 40-0. 50 %，Cr 0· 2-0. 35%，MnO. 7-0. 90%，Si 0· 35-0. 45, Ρ〈0· 02, S〈0. 02,其余為 Fe。
[0005] 特別地，其具有片層狀索氏體組織，片層間距小于0. 2 μ m。
[0006] 上述高速鐵路列車用車輪鋼的制備步驟如下：
[0007] 1、采用真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度在鐵熔點(diǎn)以上100-200°C ;
[0008] 2、將工業(yè)純鐵等加入到坩堝內(nèi)，先抽真空到IOPa時(shí)送電；真空度< 7Pa后開始精 煉；
[0009] 3、在熔煉過程中通過脫氧元素 Al的燒損來控制脫氧深度，當(dāng)氧濃度[0]〈10 5時(shí)加 入合金元素進(jìn)行合金化；
[0010] 4、對鑄錠進(jìn)行熱鍛、熱乳；
[0011] 5、對熱加工后的車輪鋼進(jìn)行熱處理，獲得片狀索氏體組織。
[0012] 特別地，為了得到細(xì)片狀索氏體組織，針對該車輪鋼，其熱處理工藝如下：
[0013] (a)、將加熱爐升溫；
[0014] (b)、將車輪鋼放置在加熱爐中進(jìn)行保溫；
[0015] (c)、對保溫后的車輪鋼進(jìn)行水冷；
[0016] (d)、對水冷后的車輪鋼進(jìn)行噴霧冷卻；
[0017] (e)水冷至室溫。
[0018] 所述步驟（a)中，加熱爐的溫度為850~900°C ;
[0019] 所述步驟（b)中，保溫時(shí)間為90~150min ;
[0020] 所述步驟（c)中，水冷至600~650 °C ;
[0021] 所述步驟（d)中，冷卻速度為20~30°C /s，噴霧冷卻后的溫度在150°C以下。
[0022] 根據(jù)上述成分和熱處理工藝制備的鋼呈現(xiàn)出片層狀索氏體組織，片層間距小于 0. 2 μ m(圖1所示為實(shí)例1的組織照片），硬度為30~35HRC，抗拉強(qiáng)度大于900MPa，-60°C 的沖擊功為20J。在模擬時(shí)速500公里高鐵的輪軌接觸頻率和IOOMPa的車輪載荷下進(jìn)行滾 動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)，1000萬轉(zhuǎn)后沒有出現(xiàn)任何疲勞剝落，磨耗小于〇. lmg。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的金相照片（實(shí)例1的附圖）
[0024] 圖2為本發(fā)明實(shí)例2的掃描電鏡組織照片
[0025] 圖3為本發(fā)明實(shí)例2的-60 °C沖擊斷口形貌
【具體實(shí)施方式】
[0026] -種高速鐵路列車用車輪鋼，按照重量百分比含有：C 0. 40-0. 50 %，Cr 0· 2-0. 35%，MnO. 70-0. 90%，Si 0· 35-0. 45%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 02%，其余為 Fe。
[0027] 特別地，其具有片層狀索氏體組織，片層間距小于0. 2 μ m。
[0028] 相比于國內(nèi)外高鐵用車輪鋼，本試驗(yàn)中降低了碳含量，目的是提高鋼的塑韌性和 鋼的抗冷熱疲勞性能、抗接觸疲勞性能。添加〇. 20-035% Cr以便形成Fe-Cr-C型碳化物彌 散相，以提高鋼的強(qiáng)度、硬度、屈服點(diǎn)和耐磨性。加入〇. 70~0. 90%錳可以使鋼材有較高的 強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。
[0029] P和S為雜質(zhì)元素，為此，其含量均應(yīng)小于0.02%。
[0030] 上述高速鐵路列車用車輪鋼的制備步驟如下：
[0031] 1、采用真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度在鐵熔點(diǎn)以上100-200°C ;
[0032] 2、將工業(yè)純鐵等加入到坩堝內(nèi)，先抽真空到IOPa時(shí)送電；真空度< 7Pa后開始精 煉；
[0033] 3、在熔煉過程中通過脫氧元素 Al的燒損來控制脫氧深度，當(dāng)氧濃度[0]〈10 5時(shí)加 入合金元素進(jìn)行合金化；
[0034] 4、對鑄錠進(jìn)行熱鍛、熱乳；
[0035] 5、對熱加工后的車輪鋼進(jìn)行熱處理，獲得片狀珠光體組織。
[0036] 同時(shí)，為了得到細(xì)片狀珠光體組織，針對該車輪鋼，還提供了一種熱處理工藝，具 體方案如下：
[0037] (a)、加熱爐升溫至850~900°C ;
[0038] (b)、將車輪鋼放置在加熱爐中，保溫90~150min ;
[0039] (c)、對保溫后的車輪鋼進(jìn)行水冷，至600~650°C ;
[0040] (d)、對水冷后的車輪鋼進(jìn)行噴霧冷卻，以20~30°C /s的冷卻速度冷卻至150°C 以下；
[0041] (e)水冷至室溫。
[0042] 下面的實(shí)例集中體現(xiàn)了本發(fā)明的制備方法和熱處理工藝過程及其特點(diǎn)。
[0043] 實(shí)例 1
[0044] 其成分占總質(zhì)量的百分比為
[0045] C 0· 40%，Cr 0· 20%，Μη0· 70%，Si 0· 35%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 02%，其余為 Fe。并 通過以下步驟制成成品：
[0046] 1、采用真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度在鐵熔點(diǎn)以上100-200°C ;
[0047] 2、將工業(yè)純鐵等加入到坩堝內(nèi)，先抽真空到IOPa時(shí)送電；真空度< 7Pa后開始精