車輪鋼以及車輪熱處理方法發(fā)明內(nèi)容

車輪鋼以及車輪熱處理方法發(fā)明目的

《車輪鋼以及車輪熱處理方法》的目的在于提供一種車輪鋼以及車輪熱處理方法，既保證車輪輪輞獲得高的強(qiáng)硬度，又能使輻板獲得低強(qiáng)度高韌性，并能獲得穩(wěn)定的高合格率。

車輪鋼以及車輪熱處理方法技術(shù)方案

一種車輪鋼，按照重量百分比含有如下組份：C為0.60—0.67％，Si為0.80-1.00％，Mn為0.60—0.80％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr為0.18-0.23％，Ni≤0.25％，Mo≤0.06，V≤0.10％，Cu≤0.20％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。

一種車輪熱處理方法，進(jìn)一步地，所述車輪采用上面所述的車輪鋼制成，包括如下步驟：

（1）淬火前加熱；

（2）淬火；

（3）輻板保護(hù)；

（4）回火。

進(jìn)一步地，在步驟（1）之前還包括如下步驟：鍛壓軋制工序、緩冷工序。

進(jìn)一步地，步驟（1）中將車輪工件加熱至830-850℃并保溫，使軋態(tài)組織重新結(jié)晶和奧氏體化。

進(jìn)一步地，步驟（2）中進(jìn)行車輪輪輞踏面淬火，提高輪輞淬火冷卻速度以實(shí)現(xiàn)輪輞區(qū)強(qiáng)硬度。

進(jìn)一步地，步驟（3）中采用輻板保護(hù)降低其空冷速度。

進(jìn)一步地，步驟（4）中車輪整體在520±10℃回火處理。

進(jìn)一步地，保溫90分鐘，使軋態(tài)組織重新結(jié)晶和奧氏體化。

車輪鋼以及車輪熱處理方法改善效果

截至2014年5月29日已有技術(shù)和該發(fā)明的技術(shù)相比，《車輪鋼以及車輪熱處理方法》的熱處理工藝技術(shù)在確保高碳鋼車輪輪輞強(qiáng)度、硬度的前提下有效降低車輪輻板強(qiáng)度而提高其韌性，獲得優(yōu)良的車輪整體綜合性能，保證了產(chǎn)品的使用安全性和可靠性，如推廣應(yīng)用，不但能產(chǎn)生可觀效益，并能提高鐵路貨運(yùn)、客運(yùn)的安全性。

火車車輪是關(guān)系到鐵路貨運(yùn)、客運(yùn)安全的一個(gè)重要因素，車輪的工況惡劣，承受著重載、摩擦、周期性的震動(dòng)，因此需要強(qiáng)度和韌性的良好的綜合匹配，輪輞部分需要高強(qiáng)度、硬度，以適應(yīng)重載、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下與軌道的壓力和摩擦力，確保車輪踏面不發(fā)生變形和過(guò)度磨損，而輻板則需要足夠的塑韌性以抵御并緩沖高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的周期性應(yīng)力，避免裂紋甚至崩斷的嚴(yán)重事故。

隨著火車運(yùn)行速度的提升，很多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輪輞、輻板的強(qiáng)韌性匹配提出了更高的要求。很多中高碳機(jī)車車輪的標(biāo)準(zhǔn)要求通過(guò)淬火保證輪輞較高的強(qiáng)度硬度，又要求輻板避免受淬火的影響以保持足夠的塑韌性，一個(gè)重要指標(biāo)就是車輪輪輞和輻板的抗拉強(qiáng)度， 如直徑1098、1092的機(jī)車輪的技術(shù)要求是輪輞硬度≥300布氏硬度，抗拉強(qiáng)度≥980兆帕（實(shí)際上如果輪輞硬度不低于300布氏硬度，輪輞抗拉強(qiáng)度一般都在1080兆帕以上），而輻板抗拉強(qiáng)度則要求≤ 900兆帕，延伸率則要求≥13％，在中高碳成分條件下，輪輞、輻板性能要求的迥異，增大了熱處理工藝設(shè)計(jì)、過(guò)程控制的難度。

原有工藝中淬火加熱溫度選擇860-880℃，回火則采用較低的溫度，這樣雖然能保證輪輞部位的高的硬度要求，但往往也使輻板的強(qiáng)度超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)大增，造成重新熱處理，如果重處理仍不合格甚至?xí)鷪?bào)廢。

圖1為某國(guó)機(jī)車輪標(biāo)準(zhǔn)中輪輞硬度檢測(cè)要求示意圖。

圖2為某國(guó)機(jī)車輪標(biāo)準(zhǔn)中輪輞及輻板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)取樣位置示意圖。

圖3為低壓大流量噴水淬火方式示意圖。

圖4為輪輞處金相組織示意圖。

圖5為輻板處金相組織示意圖。

《車輪鋼以及車輪熱處理方法》涉及一種車輪鋼以及車輪熱處理方法，具體涉及一種使中高碳機(jī)車車輪獲得輪輞和輻板的強(qiáng)韌性配合的熱處理方法。

1.一種車輪熱處理方法，其特征在于，所述熱處理方法包括如下步驟：

（1）淬火前加熱，將車輪工件加熱至830-850℃并保溫，使軋態(tài)組織重新結(jié)晶和奧氏體化；

（2）進(jìn)行車輪輪輞踏面淬火，提高輪輞淬火冷卻速度以實(shí)現(xiàn)輪輞區(qū)強(qiáng)硬度；

（3）采用輻板保護(hù)降低其空冷速度；

（4）車輪整體在520±10℃回火處理；

所述車輪采用車輪鋼制成，所述車輪鋼按照重量百分比含有如下組份：C為0.60~0.67%，Si為0.80-1.00%，Mn為0.60~0.80%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr為0.18-0.23%，Ni≤0.25%，Mo≤0.06，V≤0.10%，Cu≤0.20%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。

2.如權(quán)利要求1所述的車輪熱處理方法，其特征在于，在步驟（1）之前還包括如下步驟：鍛壓軋制工序、緩冷工序。

3.如權(quán)利要求1所述的車輪熱處理方法，其特征在于，在步驟（1）中保溫90分鐘，使軋態(tài)組織重新結(jié)晶和奧氏體化。

圖1-2說(shuō)明：某國(guó)機(jī)車輪標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)輪輞硬度、抗拉拉伸試驗(yàn)、輻板拉伸試驗(yàn)規(guī)定了取樣位置，車輪需要在同材質(zhì)、同時(shí)熱處理的情況下，輪輞和輻板兩個(gè)部位要獲得不同甚至相反的特性，輪輞需要高強(qiáng)度硬度，輻板需要低的強(qiáng)度和高的塑性（延伸率）。

原有工藝中淬火加熱溫度選擇860-880℃，回火則采用較低的溫度，這樣雖然能保證輪輞部位的高的硬度要求，但往往也使輻板的強(qiáng)度超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)大增，造成重新熱處理，如果重處理仍不合格甚至?xí)鷪?bào)廢。

該實(shí)施例公開(kāi)了中高碳機(jī)車輪的成分設(shè)計(jì)方案和一種使輪輞輻板獲得強(qiáng)韌性配合的熱處理方法，技術(shù)方案是降低淬火加熱溫度、提高輪輞淬火冷卻速度、降低輻板冷卻速度，提高回火溫度。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的該車輪鋼的化學(xué)成分范圍為：C為0.57—0.67％，Si≥0.15％，Mn0.60—0.80％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr≤0.25％，Ni≤0.25％，Mo≤0.06，V≤0.10％，Cu≤0.20％。為提高該車輪鋼的輪輞強(qiáng)硬度，在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行了成分設(shè)計(jì)，C為0.60—0.67％，Si為0.80-1.00％，Cr為0.18-0.23％。C和Si含量按中上限設(shè)計(jì)有利于發(fā)揮固溶強(qiáng)化效果，Cr能強(qiáng)烈推遲珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變，增加鋼的淬透性，因此也按中上限設(shè)計(jì)。為了輪輞和輻板獲得不同特性，還必須設(shè)計(jì)特殊的熱處理工藝。

在鍛壓軋制工序、緩冷工序之后，將車輪工件加熱至830-850℃并保溫，使軋態(tài)組織重新結(jié)晶和奧氏體化，進(jìn)行車輪輪輞踏面淬火，淬火裝置采用專利技術(shù)“低壓大流量噴嘴”，盡量提高輪輞淬火冷卻速度以實(shí)現(xiàn)輪輞區(qū)強(qiáng)硬度，又采用輻板保護(hù)的方法盡量降低其空冷速度，最后車輪整體在520℃回火處理。

圖3說(shuō)明：這是馬鋼的專利技術(shù)——低壓大流量噴水淬火系統(tǒng)，采用該專利技術(shù)能保證踏面及輪輞磨耗區(qū)的淬火硬度均勻性，并可縮短淬火冷卻時(shí)間，減少淬火對(duì)A點(diǎn)及輻板 的組織、性能的影響。

圖4—5說(shuō)明：從組織金相照片可以看出，輪輞磨耗區(qū)域的組織為細(xì)珠光體 少量鐵素體的淬火 回火態(tài)組織，組織致密，能夠獲得高的強(qiáng)度和硬度。而輻板處未受到踏面淬火的影響，組織為正火態(tài)組織，因輻板采取了保護(hù)，冷卻速度緩慢，鐵素體充分析出，具有標(biāo)準(zhǔn)所需的較低的強(qiáng)度硬度和高的塑韌性。

優(yōu)選的實(shí)施步驟如下：

①淬火前加熱：在鍛壓軋制工序、緩冷工序之后，將車輪工件加熱至830-850℃；保溫90分鐘，使軋態(tài)組織重新結(jié)晶和奧氏體化。

②淬火：淬火裝置采用專利技術(shù)“低壓大流量噴嘴”，既保證淬火冷卻速度以實(shí)現(xiàn)輪輞區(qū)淬火硬度。

③輻板保護(hù)：對(duì)輻板部位采取特殊保護(hù)，防止在空氣中冷速過(guò)快，使強(qiáng)度超標(biāo)韌性降低。

④回火：回火溫度為520±10℃，消除輻板部位的殘余拉應(yīng)力，部分消除輪輞部分的殘余壓應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高韌性。

對(duì)中高碳鋼機(jī)車車輪采用上述技術(shù)方案，在確保輪輞高強(qiáng)度的前提下，有效降低輻板強(qiáng)度并獲得較高的塑韌性，獲得優(yōu)良的車輪整體綜合性能，保證了產(chǎn)品的使用安全性和可靠性。以采用《車輪鋼以及車輪熱處理方法》的熱處理工藝的15個(gè)爐號(hào)的車輪，取樣分析結(jié)果如下表，各項(xiàng)指標(biāo)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍。

2021年8月16日，《車輪鋼以及車輪熱處理方法》獲得安徽省第八屆專利獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。 2100433B

驅(qū)動(dòng)車輪是鍛件的一種分類，主要使用于門方式起重機(jī)-港機(jī)-橋式起重機(jī)-礦山機(jī)械等。又稱：天車輪，起重機(jī)車輪，港機(jī)車輪，車輪鍛件，輪子鍛件，鍛鋼車輪等！

常用車輪鍛件材質(zhì)：60#、65Mn、42CrMo 山西永鑫生鍛造有限公司-專業(yè)生產(chǎn)

驅(qū)動(dòng)車輪是比較容易損壞的部件。根據(jù)行車的使用特點(diǎn)，要求車輪踏面有較高的硬度，并且有一定的淬硬層深度和過(guò)渡層(深度>10mm，硬度HRC40一48)，以提高承載能力、耐磨性和抗接觸疲勞的性能。同時(shí)，要求其基體組織要有良好的綜合力學(xué)性能和良好的組織狀態(tài)，硬度應(yīng)達(dá)HBS187~229，使之具有高的韌性，提高抗沖擊性能和抗開(kāi)裂性能。

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