專利名稱：一種微合金鋼鑄鋼車輪及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬鐵路貨車鑄鋼車輪制造領(lǐng)域，具體涉及一種微合金鋼鑄鋼車輪及其制造方法。
背景技術(shù)：
:
我國重載鐵路貨運(yùn)的發(fā)展方向體現(xiàn)在重載和提速兩個(gè)方面，重載和提速這兩個(gè)因素顯著增加了輪軌接觸力，貨車軸重由23t、25t向27t、30t發(fā)展，運(yùn)行速度由80km/h向120km/h過渡，即使是對(duì)于大秦線這樣的重載專線，所使用的HEZD型車輪也僅是在原HDZD型車輪基礎(chǔ)上進(jìn)行了外形優(yōu)化而成的。車輪材質(zhì)仍然沿用ZL-B鋼。隨后，研制的軸重27t和30t的貨車車輪直徑增大到915mm，車輪材質(zhì)變?yōu)閆L-C鋼，車輪硬度有所提高，車輪材質(zhì)略有改變。為了進(jìn)一步滿足鐵路貨車運(yùn)輸需求，降低貨運(yùn)車輪在運(yùn)用中出現(xiàn)的問題，各個(gè)車輪工廠都在研制試驗(yàn)用一種新鋼種車輪代替既有鋼種車輪。
中國鐵路貨車現(xiàn)用的鑄鋼車輪為普通碳素鋼車輪，分為ZL-B級(jí)和ZL-C級(jí)兩種。ZL-B級(jí)鋼具有韌性指標(biāo)與抗熱損傷性能好的特點(diǎn)，但強(qiáng)度和抗磨耗性能相對(duì)較低；ZL-C級(jí)鋼具有強(qiáng)度和硬度高的特點(diǎn)，但塑性和韌性指標(biāo)相對(duì)較差。既有車輪鋼種ZL-B級(jí)鋼和ZL-C級(jí)鋼車輪由于存在著和鐵路貨車重載、提速要求不完全適應(yīng)的矛盾，車輪存在著較為嚴(yán)重的踏面剝離、擦傷、輾堆等現(xiàn)象，因車輪剝離產(chǎn)生的踏面旋修量加大，換輪頻繁，對(duì)鐵路貨物運(yùn)輸造成一定影響。
作為鐵路貨車車輪發(fā)展的核心技術(shù)之一，貨車車輪用材料的研究重點(diǎn)和前沿方向是如何保證在提速重載運(yùn)行條件下車輪的使用安全性。重載貨車要求車輪在安全狀態(tài)下，提高車輪的耐磨性和使用壽命，為了保證車輪有足夠的耐磨性和壽命，必須提高車輪的硬度。快速貨車要求車輪具有一定耐磨性和抗熱裂紋形成能力，在降低碳含量的同時(shí)，保持車輪的硬度不變或有所提高。
所謂產(chǎn)品的技術(shù)可行性就是車輪材料和車輪結(jié)構(gòu)的性能都能滿足提速重載的要求。研究開發(fā)鐵路貨車微合金鋼車輪將力爭(zhēng)彌補(bǔ)原ZL-B級(jí)鋼、ZL-C級(jí)鋼車輪存在的踏面剝離、擦傷等現(xiàn)象。目前服役的車輪材料、結(jié)構(gòu)性能和耐磨性已不足以完全滿足鐵路貨車提速重載的要求。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中鐵路貨車使用的ZL-B級(jí)鋼、ZL-C級(jí)鋼車輪的不足，提出一種微合金鋼鑄鋼車輪及其制造方法，通過微合金化的措施，不但提高了強(qiáng)度、硬度，保證了耐磨性和使用壽命，而且保持了塑性、韌性和抗熱裂紋形成能力。
本發(fā)明提供一種微合金鋼鑄鋼車輪，所述車輪的化學(xué)成分的重量百分比為
C:0.55%-0.70%, S1:彡 0.15%, Mn:0.50%-1.00%, P S 0.030%, S S 0.040%, Cr:0.08%-0.30%, Mo:0.05%-0.20%, N1:彡 0.25%, Cu S 0.35%K 0.04%, Al S 0.060%, Ti:(0.03%, Nb 0.05%，其余量為 Fe。
優(yōu)選地，C:0.60%, Si:0.34%, Mn:0.75%, P:0.013%, S:0.015%, Cr:0.12%, Mo:0.15%, Ni:0.03%, Cu:0.04%, Al:0.037%, Ti:0.001%, Nb:<0.001%，其余量為 Fe。
進(jìn)一步地，車輪直徑為700-1050mm。
本發(fā)明還提供一種微合金鋼鑄鋼車輪的制造方法，所述方法包括以下步驟:
I)冶煉高質(zhì)量的鋼水:主要以鐵路重廢鋼為材料，在電弧爐中熔煉鋼水，吹氧脫磷、脫硫、去除鋼液中的氣體和夾雜物，出鋼溫度大約1700°C，進(jìn)入鋼包中采用逐級(jí)脫氧技術(shù)對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧和成分調(diào)節(jié)；
2)澆注微合金鋼鑄鋼車輪:電爐冶煉好的鋼水首先傾倒在鋼包內(nèi)，再由鋼包分包倒入底注包中，同時(shí)對(duì)鋼水的化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，微量合金元素放在底注包中隨包烘烤到9000C以上，其中微量合金元素為Cr和Mo，隨包烘烤的微量合金元素在鋼水沖擊下也會(huì)充分溶解；微合金鋼鑄鋼車輪澆注采用重力澆注方法，底注包接滿鋼水后，通過水口磚將鋼水澆進(jìn)夾緊站夾緊的石墨型腔中形成鑄鋼車輪；
3)對(duì)微合金鋼鑄鋼車輪進(jìn)行緩冷處理:緩冷的方法是將開箱后的車輪裝入內(nèi)部由耐火材料砌筑而成，外周包覆鋼板加固的緩冷桶中，隨桶緩慢冷卻一定時(shí)間后出桶；
4)環(huán)形爐加熱處理:將步驟3)處理好的微合金鋼鑄鋼車輪在連續(xù)式環(huán)形加熱爐中加熱，爐內(nèi)溫度< 1000°C，停留時(shí)間2-4h，能有效的控制微合金元素的組織均勻化，減少偏析現(xiàn)象；
5)淬火處理:淬火處理是在淬火機(jī)床上進(jìn)行，水通過圓周均布在車輪踏面周圍的噴嘴噴到車輪踏面上，水溫30-70°C ;淬火處理在不同噴水水量、不同噴水時(shí)間的綜合處理下持續(xù)3-8min。通過對(duì)噴水水量、時(shí)間、水溫的控制可以有效地控制組織的形成和淬火深度；
6)回火處理:其中回火溫度400-500°C，回火時(shí)間2_4h ；
7)拋丸處理:對(duì)微合金鋼鑄鋼車輪的輻板進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，進(jìn)行輻板表面強(qiáng)化處理，以提高對(duì)塑性變形的抗力和疲勞極限；
8)車輪檢驗(yàn):抽取車輪樣品進(jìn)行理化性能檢測(cè)，包括金相組織的檢測(cè)和物理性能的檢測(cè)。
進(jìn)一步地，所述步驟2)中加入的Cr和Mo的含量為:0.08%彡Cr彡0.30% ；0.05% 彡 Mo 彡 0.20%ο 。
本發(fā)明的有益效果是:與普通車輪相比，本發(fā)明采用加入微量合金進(jìn)行澆注，形成的微合金鋼鑄鋼車輪在鐵路高速重載方面具有一定的優(yōu)越性。微合金鋼車輪的硬度與ZL-C級(jí)鋼車輪相當(dāng)，耐磨性能是普通鑄鋼車輪和輾鋼車輪(CL60)的1.5倍，抗拉強(qiáng)度比ZL-B級(jí)鋼車輪提高4%，屈服強(qiáng)度提高25%，淬透性比ZL-C級(jí)鋼提高25%。微量合金元素的加入提高了車輪的耐磨性能和抗熱裂損傷性能。
具體實(shí)施方式
:
本發(fā)明的微合金鋼鑄鋼車輪的制造方法包括以下具體步驟:
I)冶煉高質(zhì)量的鋼水:
生產(chǎn)鑄鋼車輪，首先要冶煉出成分穩(wěn)定的高質(zhì)量鋼水，這是制造微合金鋼鑄鋼車輪的基礎(chǔ)。目前制造廠采用堿性電弧爐熔煉，石墨掛水玻璃砂襯造型，原材料與工藝都得到了嚴(yán)格控制，本發(fā)明在堿性電弧爐中熔煉時(shí)，采用吹氧實(shí)現(xiàn)大脫碳量的精煉技術(shù)，能有效脫磷、脫硫、去除鋼液中的氣體和夾雜物，平均脫碳量大于0.30%。
主要以鐵路重廢鋼為材料，在電弧爐中熔煉鋼水，吹氧脫磷、脫硫、去除鋼液中的氣體和夾雜物，出鋼溫度大約1700°C，進(jìn)入鋼包中采用逐級(jí)脫氧技術(shù)對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧和成分調(diào)節(jié)。
2)澆注微合金鋼鑄鋼車輪:
微合金鋼鑄鋼車輪澆注設(shè)備主要包括鋼包(茶壺包)、底注包和澆注夾緊站。電爐冶煉好的鋼水首先傾倒在鋼包內(nèi)，再由鋼包分包倒入底注包中，同時(shí)加入C、S1、Mn、Al等元素對(duì)成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，微量合金元素為鉻Cr和鑰Mo，微量合金元素放在底注包中隨包烘烤到9000C以上，隨包烘烤的微量合金元素在鋼水沖擊下也會(huì)充分溶解。微合金鋼鑄鋼車輪澆注采用重力澆注方法，底注包接滿鋼水后，通過水口磚將鋼水澆進(jìn)夾緊站夾緊的石墨型腔中形成鑄鋼車輪。底注包中鋼水氧含量為30-50ppm，氫含量為3-5ppm。其中需要嚴(yán)格控制微量合金元素的加入量，其中0.08%≤Cr≤0.30% ；0.05%≤Mo≤0.20% ；Cr和Mo在鑄鋼車輪中的含量對(duì)車輪性能的影響是非常大的，我們經(jīng)過大量的試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出合適的添加量，提高了車輪的耐磨性能和抗熱裂損傷性能。
在本發(fā)明中對(duì)合金成分Cr和Mo不是作為殘余元素存在，對(duì)其含量進(jìn)行了精確配比。表1為微合金鋼鑄鋼車輪的化學(xué)成分(為重量百分比):
權(quán)利要求
1.一種微合金鋼鑄鋼車輪，其特征在于，所述車輪的化學(xué)成分的重量百分比為C:0.55%-0.70%, S1:彡 0.15%, Mn:0.50%-1.00%, P S 0.030%, S:彡 0.040%, Cr:0.08%-0.30%,Mo:0.05%-0.20%, N1:彡 0.25%, Cu:彡 0.35%, V:彡 0.04%, Al:彡 0.060%, T1:彡 0.03%, Nb:(0.05%，其余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪，其特征在于，所述車輪的化學(xué)成分的重量百分比為C:0.60 %，S1:0.34%, Mn:0.75%, P:0.013%, S:0.015%, Cr:0.12%, Mo:0.15%, N1:0.03 %，Cu:0.04%, Al:0.037%, Ti:0.001%, Nb:<0.001%，其余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輪，其特征在于，車輪直徑為700-1050mm。
4.一種微合金鋼鑄鋼車輪的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: O冶煉高質(zhì)量的鋼水:主要以鐵路重廢鋼為材料，在電弧爐中熔煉鋼水，吹氧脫磷、脫硫、去除鋼液中的氣體和夾雜物，出鋼溫度大約1700°C，進(jìn)入鋼包中采用逐級(jí)脫氧技術(shù)對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧和成分調(diào)節(jié)； 2)澆注微合金鋼鑄鋼車輪:電爐冶煉好的鋼水首先傾倒在鋼包內(nèi)，再由鋼包分包倒入底注包中，同時(shí)對(duì)鋼水的化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，微量合金元素放在底注包中隨包烘烤到900°C以上，其中微量合金元素為Cr和Mo，隨包烘烤的微量合金元素在鋼水沖擊下也會(huì)充分溶解；微合金鋼鑄鋼車輪澆注采用重力澆注方法，底注包接滿鋼水后，通過水口磚將鋼水澆進(jìn)夾緊站夾緊的石墨型腔中形成鑄鋼車輪； 3)對(duì)微合金鋼鑄鋼車輪進(jìn)行緩冷處理:緩冷的方法是將開箱后的車輪裝入內(nèi)部由耐火材料砌筑而成，外周包覆鋼板加固的緩冷桶中，隨桶緩慢冷卻一定時(shí)間后出桶； 4)環(huán)形爐加熱處理:將步驟3)處理好的微合金鋼鑄鋼車輪在連續(xù)式環(huán)形加熱爐中加熱，爐內(nèi)溫度< 1000°C，停留時(shí)間2-4h，能有效的控制微合金元素的組織均勻化，減少偏析現(xiàn)象； 5)淬火處理:淬火處理是在淬火機(jī)床上進(jìn)行，水通過圓周均布在車輪踏面周圍的噴嘴噴到車輪踏面上，水溫30-70°C ;淬火處理在不同噴水水量、不同噴水時(shí)間的綜合處理下持續(xù)3-8min;通過對(duì)噴水水量、時(shí)間、水溫的控制可以有效的控制組織的形成和淬火深度； 6)回火處理:其中回火溫度400-550°C，回火時(shí)間2-4h； 7)拋丸處理:對(duì)微合金鋼鑄鋼車輪的輻板進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，進(jìn)行輻板表面強(qiáng)化處理，以提高對(duì)塑性變形的抗力 和疲勞極限； 8)車輪檢驗(yàn):抽取車輪樣品進(jìn)行理化性能檢測(cè)，包括金相組織的檢測(cè)和物理性能的檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步驟2)中加入的Cr和Mo的含量為:0.08% ^ Cr ^ 0.30% ；0.05% 彡 Mo 彡 0.20%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微合金鋼鑄鋼車輪，所述車輪的化學(xué)成分的重量百分比為C0.55%-0.70%，Si≥0.15%，Mn0.50%-1.00%，P≤0.030%，S≤0.040%，Cr0.08%-0.30%，Mo0.05%-0.20%，Ni≤0.25%，Cu≤0.35%，V≤0.04%，Al≤0.060%，Ti≤0.03%，Nb≤0.05%，其余量為Fe。本發(fā)明采用加入微量合金進(jìn)行澆注，形成的微合金鋼鑄鋼車輪在鐵路高速重載方面具有一定的優(yōu)越性。微合金鋼車輪的硬度與ZL-C級(jí)鋼車輪相當(dāng)，耐磨性能是普通鑄鋼車輪和輾鋼車輪CL60的1.5倍，抗拉強(qiáng)度比ZL-B級(jí)鋼車輪提高4%，屈服強(qiáng)度提高25%，淬透性比ZL-C級(jí)鋼提高25%，微量合金元素的加入提高了車輪的耐磨性能和抗熱裂損傷性能。
文檔編號(hào)C22C38/50GK103160754SQ20131006966
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者李彧, 王志綱, 宋國祥, 張思瑾, 于雪峰, 聶繼英, 左躍 申請(qǐng)人:大同愛碧璽鑄造有限公司