专利名称：一种微合金钢铸钢车轮及其制造方法
技术领域：
本发明属铁路货车铸钢车轮制造领域，具体涉及一种微合金钢铸钢车轮及其制造方法。
背景技术：
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我国重载铁路货运的发展方向体现在重载和提速两个方面，重载和提速这两个因素显著增加了轮轨接触力，货车轴重由23t、25t向27t、30t发展，运行速度由80km/h向120km/h过渡，即使是对于大秦线这样的重载专线，所使用的HEZD型车轮也仅是在原HDZD型车轮基础上进行了外形优化而成的。车轮材质仍然沿用ZL-B钢。随后，研制的轴重27t和30t的货车车轮直径增大到915mm，车轮材质变为ZL-C钢，车轮硬度有所提高，车轮材质略有改变。为了进一步满足铁路货车运输需求，降低货运车轮在运用中出现的问题，各个车轮工厂都在研制试验用一种新钢种车轮代替既有钢种车轮。
中国铁路货车现用的铸钢车轮为普通碳素钢车轮，分为ZL-B级和ZL-C级两种。ZL-B级钢具有韧性指标与抗热损伤性能好的特点，但强度和抗磨耗性能相对较低；ZL-C级钢具有强度和硬度高的特点，但塑性和韧性指标相对较差。既有车轮钢种ZL-B级钢和ZL-C级钢车轮由于存在着和铁路货车重载、提速要求不完全适应的矛盾，车轮存在着较为严重的踏面剥离、擦伤、辗堆等现象，因车轮剥离产生的踏面旋修量加大，换轮频繁，对铁路货物运输造成一定影响。
作为铁路货车车轮发展的核心技术之一，货车车轮用材料的研究重点和前沿方向是如何保证在提速重载运行条件下车轮的使用安全性。重载货车要求车轮在安全状态下，提高车轮的耐磨性和使用寿命，为了保证车轮有足够的耐磨性和寿命，必须提高车轮的硬度。快速货车要求车轮具有一定耐磨性和抗热裂纹形成能力，在降低碳含量的同时，保持车轮的硬度不变或有所提高。
所谓产品的技术可行性就是车轮材料和车轮结构的性能都能满足提速重载的要求。研究开发铁路货车微合金钢车轮将力争弥补原ZL-B级钢、ZL-C级钢车轮存在的踏面剥离、擦伤等现象。目前服役的车轮材料、结构性能和耐磨性已不足以完全满足铁路货车提速重载的要求。 发明内容
本发明目的在于为了弥补现有技术中铁路货车使用的ZL-B级钢、ZL-C级钢车轮的不足，提出一种微合金钢铸钢车轮及其制造方法，通过微合金化的措施，不但提高了强度、硬度，保证了耐磨性和使用寿命，而且保持了塑性、韧性和抗热裂纹形成能力。
本发明提供一种微合金钢铸钢车轮，所述车轮的化学成分的重量百分比为
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%，其余量为 Fe。
优选地，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%，其余量为 Fe。
进一步地，车轮直径为700-1050mm。
本发明还提供一种微合金钢铸钢车轮的制造方法，所述方法包括以下步骤:
I)冶炼高质量的钢水:主要以铁路重废钢为材料，在电弧炉中熔炼钢水，吹氧脱磷、脱硫、去除钢液中的气体和夹杂物，出钢温度大约1700°C，进入钢包中采用逐级脱氧技术对钢水进行脱氧和成分调节；
2)浇注微合金钢铸钢车轮:电炉冶炼好的钢水首先倾倒在钢包内，再由钢包分包倒入底注包中，同时对钢水的化学成分进行调节，微量合金元素放在底注包中随包烘烤到9000C以上，其中微量合金元素为Cr和Mo，随包烘烤的微量合金元素在钢水冲击下也会充分溶解；微合金钢铸钢车轮浇注采用重力浇注方法，底注包接满钢水后，通过水口砖将钢水浇进夹紧站夹紧的石墨型腔中形成铸钢车轮；
3)对微合金钢铸钢车轮进行缓冷处理:缓冷的方法是将开箱后的车轮装入内部由耐火材料砌筑而成，外周包覆钢板加固的缓冷桶中，随桶缓慢冷却一定时间后出桶；
4)环形炉加热处理:将步骤3)处理好的微合金钢铸钢车轮在连续式环形加热炉中加热，炉内温度< 1000°C，停留时间2-4h，能有效的控制微合金元素的组织均匀化，减少偏析现象；
5)淬火处理:淬火处理是在淬火机床上进行，水通过圆周均布在车轮踏面周围的喷嘴喷到车轮踏面上，水温30-70°C ;淬火处理在不同喷水水量、不同喷水时间的综合处理下持续3-8min。通过对喷水水量、时间、水温的控制可以有效地控制组织的形成和淬火深度；
6)回火处理:其中回火温度400-500°C，回火时间2_4h ；
7)抛丸处理:对微合金钢铸钢车轮的辐板进行喷丸强化，进行辐板表面强化处理，以提高对塑性变形的抗力和疲劳极限；
8)车轮检验:抽取车轮样品进行理化性能检测，包括金相组织的检测和物理性能的检测。
进一步地，所述步骤2)中加入的Cr和Mo的含量为:0.08%彡Cr彡0.30% ；0.05% 彡 Mo 彡 0.20%ο 。
本发明的有益效果是:与普通车轮相比，本发明采用加入微量合金进行浇注，形成的微合金钢铸钢车轮在铁路高速重载方面具有一定的优越性。微合金钢车轮的硬度与ZL-C级钢车轮相当，耐磨性能是普通铸钢车轮和辗钢车轮(CL60)的1.5倍，抗拉强度比ZL-B级钢车轮提高4%，屈服强度提高25%，淬透性比ZL-C级钢提高25%。微量合金元素的加入提高了车轮的耐磨性能和抗热裂损伤性能。
具体实施方式
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本发明的微合金钢铸钢车轮的制造方法包括以下具体步骤:
I)冶炼高质量的钢水:
生产铸钢车轮，首先要冶炼出成分稳定的高质量钢水，这是制造微合金钢铸钢车轮的基础。目前制造厂采用碱性电弧炉熔炼，石墨挂水玻璃砂衬造型，原材料与工艺都得到了严格控制，本发明在碱性电弧炉中熔炼时，采用吹氧实现大脱碳量的精炼技术，能有效脱磷、脱硫、去除钢液中的气体和夹杂物，平均脱碳量大于0.30%。
主要以铁路重废钢为材料，在电弧炉中熔炼钢水，吹氧脱磷、脱硫、去除钢液中的气体和夹杂物，出钢温度大约1700°C，进入钢包中采用逐级脱氧技术对钢水进行脱氧和成分调节。
2)浇注微合金钢铸钢车轮:
微合金钢铸钢车轮浇注设备主要包括钢包(茶壶包)、底注包和浇注夹紧站。电炉冶炼好的钢水首先倾倒在钢包内，再由钢包分包倒入底注包中，同时加入C、S1、Mn、Al等元素对成分进行调节，微量合金元素为铬Cr和钥Mo，微量合金元素放在底注包中随包烘烤到9000C以上，随包烘烤的微量合金元素在钢水冲击下也会充分溶解。微合金钢铸钢车轮浇注采用重力浇注方法，底注包接满钢水后，通过水口砖将钢水浇进夹紧站夹紧的石墨型腔中形成铸钢车轮。底注包中钢水氧含量为30-50ppm，氢含量为3-5ppm。其中需要严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在铸钢车轮中的含量对车轮性能的影响是非常大的，我们经过大量的试验，设计出合适的添加量，提高了车轮的耐磨性能和抗热裂损伤性能。
在本发明中对合金成分Cr和Mo不是作为残余元素存在，对其含量进行了精确配比。表1为微合金钢铸钢车轮的化学成分(为重量百分比):
权利要求
1.一种微合金钢铸钢车轮，其特征在于，所述车轮的化学成分的重量百分比为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%，其余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述车轮的化学成分的重量百分比为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%，其余量为 Fe。
3.根据权利要求1或2所述的车轮，其特征在于，车轮直径为700-1050mm。
4.一种微合金钢铸钢车轮的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: O冶炼高质量的钢水:主要以铁路重废钢为材料，在电弧炉中熔炼钢水，吹氧脱磷、脱硫、去除钢液中的气体和夹杂物，出钢温度大约1700°C，进入钢包中采用逐级脱氧技术对钢水进行脱氧和成分调节； 2)浇注微合金钢铸钢车轮:电炉冶炼好的钢水首先倾倒在钢包内，再由钢包分包倒入底注包中，同时对钢水的化学成分进行调节，微量合金元素放在底注包中随包烘烤到900°C以上，其中微量合金元素为Cr和Mo，随包烘烤的微量合金元素在钢水冲击下也会充分溶解；微合金钢铸钢车轮浇注采用重力浇注方法，底注包接满钢水后，通过水口砖将钢水浇进夹紧站夹紧的石墨型腔中形成铸钢车轮； 3)对微合金钢铸钢车轮进行缓冷处理:缓冷的方法是将开箱后的车轮装入内部由耐火材料砌筑而成，外周包覆钢板加固的缓冷桶中，随桶缓慢冷却一定时间后出桶； 4)环形炉加热处理:将步骤3)处理好的微合金钢铸钢车轮在连续式环形加热炉中加热，炉内温度< 1000°C，停留时间2-4h，能有效的控制微合金元素的组织均匀化，减少偏析现象； 5)淬火处理:淬火处理是在淬火机床上进行，水通过圆周均布在车轮踏面周围的喷嘴喷到车轮踏面上，水温30-70°C ;淬火处理在不同喷水水量、不同喷水时间的综合处理下持续3-8min;通过对喷水水量、时间、水温的控制可以有效的控制组织的形成和淬火深度； 6)回火处理:其中回火温度400-550°C，回火时间2-4h； 7)抛丸处理:对微合金钢铸钢车轮的辐板进行喷丸强化，进行辐板表面强化处理，以提高对塑性变形的抗力 和疲劳极限； 8)车轮检验:抽取车轮样品进行理化性能检测，包括金相组织的检测和物理性能的检测。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步骤2)中加入的Cr和Mo的含量为:0.08% ^ Cr ^ 0.30% ；0.05% 彡 Mo 彡 0.20%。
全文摘要
本发明提供一种微合金钢铸钢车轮，所述车轮的化学成分的重量百分比为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%，其余量为Fe。本发明采用加入微量合金进行浇注，形成的微合金钢铸钢车轮在铁路高速重载方面具有一定的优越性。微合金钢车轮的硬度与ZL-C级钢车轮相当，耐磨性能是普通铸钢车轮和辗钢车轮CL60的1.5倍，抗拉强度比ZL-B级钢车轮提高4%，屈服强度提高25%，淬透性比ZL-C级钢提高25%，微量合金元素的加入提高了车轮的耐磨性能和抗热裂损伤性能。
文档编号C22C38/50GK103160754SQ20131006966
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者李彧, 王志纲, 宋国祥, 张思瑾, 于雪峰, 聂继英, 左跃 申请人:大同爱碧玺铸造有限公司