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)：
:
我國重載鐵路貨運的發(fā)展方向體現(xiàn)在重載和提速兩個方面，重載和提速這兩個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，運行速度由80km/h向120km/h過渡，即使是對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。為了進一步滿足鐵路貨車運輸需求，降低貨運車輪在運用中出現(xiàn)的問題，各個車輪工廠都在研制試驗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級和ZL-C級兩種。ZL-B級鋼具有韌性指標與抗熱損傷性能好的特點，但強度和抗磨耗性能相對較低；ZL-C級鋼具有強度和硬度高的特點，但塑性和韌性指標相對較差。既有車輪鋼種ZL-B級鋼和ZL-C級鋼車輪由于存在著和鐵路貨車重載、提速要求不完全適應的矛盾，車輪存在著較為嚴重的踏面剝離、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，對鐵路貨物運輸造成一定影響。
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和前沿方向是如何保證在提速重載運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，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彌補原ZL-B級鋼、ZL-C級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現(xiàn)有技術(shù)中鐵路貨車使用的ZL-B級鋼、ZL-C級鋼車輪的不足，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，進入鋼包中采用逐級脫氧技術(shù)對鋼水進行脫氧和成分調(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，同時對鋼水的化學成分進行調(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夾緊站夾緊的石墨型腔中形成鑄鋼車輪；
3)對微合金鋼鑄鋼車輪進行緩冷處理: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床上進行，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、不同噴水時間的綜合處理下持續(xù)3-8min。通過對噴水水量、時間、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，回火時間2_4h ；
7)拋丸處理:對微合金鋼鑄鋼車輪的輻板進行噴丸強化，進行輻板表面強化處理，以提高對塑性變形的抗力和疲勞極限；
8)車輪檢驗:抽取車輪樣品進行理化性能檢測，包括金相組織的檢測和物理性能的檢測。
進一步地，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級鋼車輪相當，耐磨性能是普通鑄鋼車輪和輾鋼車輪(CL60)的1.5倍，抗拉強度比ZL-B級鋼車輪提高4%，屈服強度提高25%，淬透性比ZL-C級鋼提高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格控制，本發(fā)明在堿性電弧爐中熔煉時，采用吹氧實現(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，進入鋼包中采用逐級脫氧技術(shù)對鋼水進行脫氧和成分調(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，同時加入C、S1、Mn、Al等元素對成分進行調(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車輪性能的影響是非常大的，我們經(jīng)過大量的試驗，設(shè)計出合適的添加量，提高了車輪的耐磨性能和抗熱裂損傷性能。
在本發(fā)明中對合金成分Cr和Mo不是作為殘余元素存在，對其含量進行了精確配比。表1為微合金鋼鑄鋼車輪的化學成分(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，進入鋼包中采用逐級脫氧技術(shù)對鋼水進行脫氧和成分調(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，同時對鋼水的化學成分進行調(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夾緊站夾緊的石墨型腔中形成鑄鋼車輪； 3)對微合金鋼鑄鋼車輪進行緩冷處理: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床上進行，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、不同噴水時間的綜合處理下持續(xù)3-8min;通過對噴水水量、時間、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，回火時間2-4h； 7)拋丸處理:對微合金鋼鑄鋼車輪的輻板進行噴丸強化，進行輻板表面強化處理，以提高對塑性變形的抗力 和疲勞極限； 8)車輪檢驗:抽取車輪樣品進行理化性能檢測，包括金相組織的檢測和物理性能的檢測。
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級鋼車輪相當，耐磨性能是普通鑄鋼車輪和輾鋼車輪CL60的1.5倍，抗拉強度比ZL-B級鋼車輪提高4%，屈服強度提高25%，淬透性比ZL-C級鋼提高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C22C38/50GK103160754SQ20131006966
公開日2013年6月19日 申請日期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 申請人:大同愛碧璽鑄造有限公司