车轮钢以及车轮热处理方法

《车轮钢以及车轮热处理方法》涉及一种车轮钢以及车轮热处理方法，具体涉及一种使中高碳机车车轮获得轮辋和辐板的强韧性配合的热处理方法。

火车车轮是关系到铁路货运、客运安全的一个重要因素，车轮的工况恶劣，承受着重载、摩擦、周期性的震动，因此需要强度和韧性的良好的综合匹配，轮辋部分需要高强度、硬度，以适应重载、高速运转的条件下与轨道的压力和摩擦力，确保车轮踏面不发生变形和过度磨损，而辐板则需要足够的塑韧性以抵御并缓冲高速运转条件下的周期性应力，避免裂纹甚至崩断的严重事故。

随着火车运行速度的提升，很多产品标准对轮辋、辐板的强韧性匹配提出了更高的要求。很多中高碳机车车轮的标准要求通过淬火保证轮辋较高的强度硬度，又要求辐板避免受淬火的影响以保持足够的塑韧性，一个重要指标就是车轮轮辋和辐板的抗拉强度， 如直径1098、1092的机车轮的技术要求是轮辋硬度≥300布氏硬度，抗拉强度≥980兆帕（实际上如果轮辋硬度不低于300布氏硬度，轮辋抗拉强度一般都在1080兆帕以上），而辐板抗拉强度则要求≤ 900兆帕，延伸率则要求≥13％，在中高碳成分条件下，轮辋、辐板性能要求的迥异，增大了热处理工艺设计、过程控制的难度。

原有工艺中淬火加热温度选择860-880℃，回火则采用较低的温度，这样虽然能保证轮辋部位的高的硬度要求，但往往也使辐板的强度超标的风险大增，造成重新热处理，如果重处理仍不合格甚至会整批报废。

图1为某国机车轮标准中轮辋硬度检测要求示意图。

图2为某国机车轮标准中轮辋及辐板抗拉强度试验取样位置示意图。

图3为低压大流量喷水淬火方式示意图。

图4为轮辋处金相组织示意图。

图5为辐板处金相组织示意图。

2021年8月16日，《车轮钢以及车轮热处理方法》获得安徽省第八届专利奖银奖。 2100433B

图1-2说明：某国机车轮标准中，对轮辋硬度、抗拉拉伸试验、辐板拉伸试验规定了取样位置，车轮需要在同材质、同时热处理的情况下，轮辋和辐板两个部位要获得不同甚至相反的特性，轮辋需要高强度硬度，辐板需要低的强度和高的塑性（延伸率）。

原有工艺中淬火加热温度选择860-880℃，回火则采用较低的温度，这样虽然能保证轮辋部位的高的硬度要求，但往往也使辐板的强度超标的风险大增，造成重新热处理，如果重处理仍不合格甚至会整批报废。

该实施例公开了中高碳机车轮的成分设计方案和一种使轮辋辐板获得强韧性配合的热处理方法，技术方案是降低淬火加热温度、提高轮辋淬火冷却速度、降低辐板冷却速度，提高回火温度。

相关标准规定的该车轮钢的化学成分范围为：C为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％。为提高该车轮钢的轮辋强硬度，在标准允许的范围内进行了成分设计，C为0.60—0.67％，Si为0.80-1.00％，Cr为0.18-0.23％。C和Si含量按中上限设计有利于发挥固溶强化效果，Cr能强烈推迟珠光体和铁素体转变，增加钢的淬透性，因此也按中上限设计。为了轮辋和辐板获得不同特性，还必须设计特殊的热处理工艺。

在锻压轧制工序、缓冷工序之后，将车轮工件加热至830-850℃并保温，使轧态组织重新结晶和奥氏体化，进行车轮轮辋踏面淬火，淬火装置采用专利技术“低压大流量喷嘴”，尽量提高轮辋淬火冷却速度以实现轮辋区强硬度，又采用辐板保护的方法尽量降低其空冷速度，最后车轮整体在520℃回火处理。

图3说明：这是马钢的专利技术——低压大流量喷水淬火系统，采用该专利技术能保证踏面及轮辋磨耗区的淬火硬度均匀性，并可缩短淬火冷却时间，减少淬火对A点及辐板 的组织、性能的影响。

图4—5说明：从组织金相照片可以看出，轮辋磨耗区域的组织为细珠光体 少量铁素体的淬火 回火态组织，组织致密，能够获得高的强度和硬度。而辐板处未受到踏面淬火的影响，组织为正火态组织，因辐板采取了保护，冷却速度缓慢，铁素体充分析出，具有标准所需的较低的强度硬度和高的塑韧性。

优选的实施步骤如下：

①淬火前加热：在锻压轧制工序、缓冷工序之后，将车轮工件加热至830-850℃；保温90分钟，使轧态组织重新结晶和奥氏体化。

②淬火：淬火装置采用专利技术“低压大流量喷嘴”，既保证淬火冷却速度以实现轮辋区淬火硬度。

③辐板保护：对辐板部位采取特殊保护，防止在空气中冷速过快，使强度超标韧性降低。

④回火：回火温度为520±10℃，消除辐板部位的残余拉应力，部分消除轮辋部分的残余压应力，稳定组织，提高韧性。

对中高碳钢机车车轮采用上述技术方案，在确保轮辋高强度的前提下，有效降低辐板强度并获得较高的塑韧性，获得优良的车轮整体综合性能，保证了产品的使用安全性和可靠性。以采用《车轮钢以及车轮热处理方法》的热处理工艺的15个炉号的车轮，取样分析结果如下表，各项指标完全符合标准要求的范围。

车轮钢以及车轮热处理方法发明目的

《车轮钢以及车轮热处理方法》的目的在于提供一种车轮钢以及车轮热处理方法，既保证车轮轮辋获得高的强硬度，又能使辐板获得低强度高韧性，并能获得稳定的高合格率。

车轮钢以及车轮热处理方法技术方案

一种车轮钢，按照重量百分比含有如下组份：C为0.60—0.67％，Si为0.80-1.00％，Mn为0.60—0.80％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr为0.18-0.23％，Ni≤0.25％，Mo≤0.06，V≤0.10％，Cu≤0.20％，余量为Fe和不可避免杂质。

一种车轮热处理方法，进一步地，所述车轮采用上面所述的车轮钢制成，包括如下步骤：

（1）淬火前加热；

（2）淬火；

（3）辐板保护；

（4）回火。

进一步地，在步骤（1）之前还包括如下步骤：锻压轧制工序、缓冷工序。

进一步地，步骤（1）中将车轮工件加热至830-850℃并保温，使轧态组织重新结晶和奥氏体化。

进一步地，步骤（2）中进行车轮轮辋踏面淬火，提高轮辋淬火冷却速度以实现轮辋区强硬度。

进一步地，步骤（3）中采用辐板保护降低其空冷速度。

进一步地，步骤（4）中车轮整体在520±10℃回火处理。

进一步地，保温90分钟，使轧态组织重新结晶和奥氏体化。

车轮钢以及车轮热处理方法改善效果

截至2014年5月29日已有技术和该发明的技术相比，《车轮钢以及车轮热处理方法》的热处理工艺技术在确保高碳钢车轮轮辋强度、硬度的前提下有效降低车轮辐板强度而提高其韧性，获得优良的车轮整体综合性能，保证了产品的使用安全性和可靠性，如推广应用，不但能产生可观效益，并能提高铁路货运、客运的安全性。

1.一种车轮热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括如下步骤：

（1）淬火前加热，将车轮工件加热至830-850℃并保温，使轧态组织重新结晶和奥氏体化；

（2）进行车轮轮辋踏面淬火，提高轮辋淬火冷却速度以实现轮辋区强硬度；

（3）采用辐板保护降低其空冷速度；

（4）车轮整体在520±10℃回火处理；

所述车轮采用车轮钢制成，所述车轮钢按照重量百分比含有如下组份：C为0.60~0.67%，Si为0.80-1.00%，Mn为0.60~0.80%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr为0.18-0.23%，Ni≤0.25%，Mo≤0.06，V≤0.10%，Cu≤0.20%，余量为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的车轮热处理方法，其特征在于，在步骤（1）之前还包括如下步骤：锻压轧制工序、缓冷工序。

3.如权利要求1所述的车轮热处理方法，其特征在于，在步骤（1）中保温90分钟，使轧态组织重新结晶和奥氏体化。

驱动车轮是锻件的一种分类，主要使用于门方式起重机-港机-桥式起重机-矿山机械等。又称：天车轮，起重机车轮，港机车轮，车轮锻件，轮子锻件，锻钢车轮等！

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驱动车轮是比较容易损坏的部件。根据行车的使用特点，要求车轮踏面有较高的硬度，并且有一定的淬硬层深度和过渡层(深度>10mm，硬度HRC40一48)，以提高承载能力、耐磨性和抗接触疲劳的性能。同时，要求其基体组织要有良好的综合力学性能和良好的组织状态，硬度应达HBS187~229，使之具有高的韧性，提高抗冲击性能和抗开裂性能。

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