一种高耐磨、抗裂车轮钢、车轮及其生产方法与流程

1.本发明属于铁路车轮制备技术领域，具体涉及一种高耐磨、抗裂车轮钢、车轮及其生产方法。


背景技术：

2.我国的铁路货运技术长期以来处于较低水平，铁路货车车辆一直以轴重21吨(载重吨位为60吨级)的为主体，设计速度小于100km/h，实际平均运行速度约为60km/h，运能、运效佷低。重载运输开始起步前期主要通过增大列车编组提高货物运输量，随着发展，始大量选用25吨轴重的c76、c80级车辆，并在既有线推广应用，重载运输的发展进入实质性阶段。
3.我国的重载运输发展是在技术装备落后，运输与运能矛盾尖锐的情况下起步的，前期重点在机车、线路、信号等方面开展了工作，提高了技术等级；进入21世纪后，又重点在车辆构造上做了大量工作，提高了技术装备水平。但重载车轮的关键部件——车轮的适应性问题没能解决。
4.国内现有辗钢货车轮材料为cl60车轮钢，含碳量在0.60％wt左右，在新的货车轴重已经暴露出大量的问题，包括磨损和辗边严重，车轮剥离、掉块加剧，车轮的寿命急剧缩短，造成经常性的非正常停车检修，对我国重载运输发展产生了直接的影响。
5.2015年8月12日公开的公开号为cn104831158a公开的一种车轮钢，其用途以及热处理方法，其公开的车轮钢含有化学成分重量百分比为：c 0.68-0.77％、si≤1.00％、mn≤1.20％、p≤0.025％、s≤0.025％，其余为fe和不可避免的杂质元素。用于制造铁路货车车轮。热处理方法包括如下步骤：(1)车轮随炉升温至850～870℃；(2)保温；(3)轮辋喷水冷却；(4)在辐板中部温度降至730℃以下时，对辐板部位进行风冷；(5)空冷；(6)加热，回火，保温。采用上述成分及工艺制造的车轮抗拉强度在926mpa～956mpa，可以用于高碳车轮制造，不足之处是抗拉强度不超过1000mpa，不能满足铁道矿山及铁道货运用高碳高韧性重载车轮的要求。
6.2017年10月13日公开的公开号为cn 107245649 a公开的一种高强高塑性重载铁路货车车轮用钢及其生产方法，其公开的车轮化学成分重量百分比为：c0.67-0.77％、si 0.50-0.70％、mn 0.70-0.8％、v 0.05-0.15％、n 50-150ppm、als≤0.025％、p≤0.015％、s≤0.015％，其余为fe和不可避免的杂质元素。采用上述成分及与之相对应的工艺制造的车轮，强韧性良好，可用于重载车轮制造，但不足之处是微合金元素v含量高，增加生产成本。
7.2014年4月23日公开的公开号为cn103741033a的专利，公开了一种提高塑性的铁路货车用高碳车轮钢车轮的制备方法，其车轮化学成分重量百分比为：c0.70～0.75％、si0.70～1.00％、mn0.60～0.90％、0《cr≤0.35％、als0.010～0.030％、p≤0.020％、s≤0.040％，其余为fe和不可避免的杂质元素，热处理工序为：轧制、粗加工后的车轮随炉升温至850-880℃后保温，总加热时间为2.5-3.0h，出炉空冷至室温；再将车轮随炉升温至840-860℃后保温，总加热时间为2.5-3.0h，出炉喷水冷却450s；然后放入490-510℃炉中，保温
4.5-5.5h后，出炉空冷至室温，获得良好的综合性能。不足之处在于相比常规淬火工艺，增加了一道升温
→
空冷的正火工序，增加了温室气体排放。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种高耐磨、抗裂车轮钢，通过成分设计获得性能优异的车轮钢。
9.本发明还有一个目的在于提供一种车轮及其生产方法，利用上述高耐磨、抗裂车轮钢生产，生产的车轮，相比传统aar-c车轮钢，不仅轮辋机械性能水平更高，能够显著提高车轮强度，有效增强了重载服役条件下车轮耐磨性能，而且提高车轮韧性，增强了服役条件下车轮抗断裂能力。本发明生产的车轮，能够用于轴重超过30吨的铁路货运车辆，且抗拉强度、硬度指标高于常规车轮。本技术车轮设计安全冗余更大，为将来重载条件下强度及韧性要求更高的铁道矿山及铁道货运用车轮研发做技术储备。
10.本发明具体技术方案如下：
11.一种高耐磨、抗裂车轮钢，包括以下质量百分比成分：
12.c：0.58-0.75％，si：0.55-1.0％，mn：0.70-1.0％，cr：0.15-0.35％，v：0.03-0.06％，p：0.005-0.010％，s：0.006-0.015％，t.o：≤7ppm，[h]：≤1.5ppm，n：60-100ppm，其余为fe和不可避免的杂质元素。
[0013]
所述高耐磨、抗裂车轮钢的成分还满足：碳当量ceq＝[c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15]
×
100％，ceq＝0.82-0.92。
[0014]
所述高耐磨、抗裂车轮钢的成分还满足：di：≥3.0.in；结合车轮轮辋有效截面厚度为65mm(2.55.in)以及性能要求，设定该钢临界淬火直径di：≥3.0.in，di＝(0.54
×
c)
×
(1.00+3.3333
×
mn)
×
(1.00+0.7
×
si)
×
(1.00+2.16
×
cr)
×
(1.00+1.73
×
v)；
[0015]
所述所述高耐磨、抗裂车轮钢的成分还满足：ts≥1200；
[0016]
ts＝833+1063
×
(c-0.55)+140
×
si+151
×
mn+132
×
cr+294
×
v；进一步深入研究各个合金元素对强度的作用，假设在上述各元素对车轮钢强度的贡献均为线性的，经过多元线性回归分析，得出：ts＝833+1063
×
(c-0.55)+140
×
si+151
×
mn+132
×
cr+294
×
v≥1200。
[0017]
以上公式计算时，各元素所指数值为上述高耐磨、抗裂车轮钢的对应元素的含量
×
100。
[0018]
本发明提供的一种车轮生产方法，采用上述高耐磨、抗裂车轮钢生产。
[0019]
所述车轮生产方法，包括以下工艺流程：锯切-加热-轧制-热处理-加工。
[0020]
所述加热：钢坯在加热炉的加热段温度控制在1220-1260℃，均热温度控制在1260-1310℃、预热、加热和均热总时间控制3h-4h。
[0021]
所述轧制：车轮轧制温度1150-1200℃，此温度为高塑性温度区，低于1150℃变形抗力大，不利于金属分配，高于1200℃，不利于动态再结晶，晶粒粗大，压制速率20-30mm/s，低于20mm/s速率，变形慢，无法保证在高塑性温度区完成变形。大于30mm/s，轧机压力投入过大，不利于设备。
[0022]
所述热处理：加热段内以850-890℃进行加热，均热段内以850-870℃，加热总时间为2-2.5h，其中均热段时间0.5h；然后先采用较弱的水冷，使轮辋踏面近表层金属以0.1℃/s-0.2℃/s的冷却速度，保证踏面10mm以内冷却，同时保证轮辋内部温度在ac3点；再进行强
水冷，轮辋冷却速率4-7℃/s；同时，以1-1.5℃/s的冷却速度对车轮辐板和轮毂圆弧过渡进行风冷，轮毂冷却至相变点温度以下780℃；最后在480-520℃回火处理3-4小时。
[0023]
本发明车轮的热处理工艺包括加热、轮辋强化冷却和回火三个阶段，车轮在热处理过程中，由于热应力和组织应力的综合作用，车轮局部会发生塑性变形，在生产中表现出车轮轮毂出现沉降。在工艺设计上对热处理沉降的估计不准确，往往会导致机加工时大量金属的浪费，增加机加工负荷，甚至会出现车轮的局部地方加工不到而导致废品。车轮在轮辋强化冷却过程中，由于热应力、组织应力以及相变塑性的作用，车轮要发生变形。车轮变形主要表现为外径收缩、轮毂下沉，见图5(图中将变形量放大了2倍)。车轮轮辋强化冷却过程变形量需要在成形设计阶段通过放余量手段予以补偿，也就是说轮辋强化冷却过程变形量的准确预测对轧制成形阶段的坯形设计具有重要影响。车轮轮辋强化冷却过程变形主要是由于辐板进一步弯曲导致。随着踏面及轮辋继续冷却，踏面附近区域温度降低，陆续发生奥氏体转变后，导热系数增加，温降进一步加快，屈服应力增加不能进一步发生塑性变形，轮辋的收缩应力将传到辐板处。而辐板由于温降慢、温度高，屈服应力低，在辐板两端的圆弧端产生的弯曲应力导致圆弧断发生弯曲。在随后等冷却过程中，由于热应力进一步增加，辐板两端的圆弧变形进一步增加，整个热处理过程中轮辋心部和轮毂基本没有塑性变形。
[0024]
为了抑制车轮轮毂出现沉降，本发明车轮轧制成型后，进入热处理加热炉，加热段内以850-890℃进行加热，均热段内以850-870℃，加热总时间为2-2.5h，其中均热段时间0.5h，确保车轮内部组织均匀奥氏体化。根据车轮钢相变特性，先采用较弱的水冷，使轮辋踏面近表层金属以0.1℃/s-0.2℃/s的冷却速度，保证踏面10mm以内冷却，同时保证轮辋内部温度在ac3点(约为560℃以上)，使车轮踏面近表层一定深度内先发生f-p转变，此时轮辋内部仍为奥氏体。弱喷结束后，强喷喷嘴开始对车轮踏面进行喷淋，轮辋冷却速率4-7℃/s，轮辋内部金属快速地通过ar3～ar1温度区间，抑制了先共析铁素体的析出，防止内部组织向贝氏体转变。同时，以1-1.5℃/s的冷却速度对车轮辐板和轮毂圆弧过渡进行风冷，轮毂冷却至相变点温度以下780℃；当辐板冷却速度＜1℃/s时，抑制下沉效果不明显，大于1.5℃/s冷却，辐板的韧性不足。最后在480-520℃回火处理3-4小时。本发明生产车轮，下沉量满足≤1.0mm。
[0025]
本发明提供的一种车轮，采用上述方法生产，车轮组织为铁素体-珠光体，晶粒度细于9级，珠光体偏间距≤0.11μm；
[0026]
所述车轮，轮辋冲击性能：-60℃冲击功kv≥6.0j，-40℃冲击功kv≥9.0j，-20℃冲击功kv≥13.0j，0℃冲击功kv≥15.0j，20℃冲击功kv≥24.0j；辐板冲击性能：-60℃冲击功kv≥5.5j，-40℃冲击功kv≥7.0j，-20℃冲击功kv≥11.0j，0℃冲击功kv≥14.0j，20℃冲击功kv≥22.0j；轮辋抗拉强度rm≥1200mpa、屈服强度≥800mpa，轮辋断裂延伸率≥20％，断面收缩率≥40％；轮辋磨耗极限布氏硬度≥321hbw，轮辋组织要求是珠光体和少量铁素体；具备良好的抗裂性能。
[0027]
本发明设计思路如下：
[0028]
c：c元素是钢获得高的强度、硬度所必需的。碳含量大于0.75％wt材质耐磨性能和抗接触疲劳性能很好，但韧性较差，而且抗热损伤性能首要考虑的冷热疲劳性能较差；碳含量小于0.58％wt，韧性较好，且冷热疲劳性能很好，但是耐磨性能、接触疲劳性能不好。c很容易与cr、v组合并构成碳化物，具有较好的抗磨性和抗擦伤性。综合考虑，对于重载车轮来
说，兼顾机械损伤和热损伤，c含量控制在0.58-0.75％。
[0029]
si：si是钢中主要的脱氧元素，具有很强的固溶强化作用，也可以提车轮钢的淬透性，特别是能够在较大冷却速度范围内获得更均匀的强度和硬度分布状态，增强了热处理工艺的操作性。提高si含量能够提高钢的ac1、ac3，会使车轮因制动热而发生相变的几率减小，能够有效缓解车轮热致剥离、防止热裂纹等热损伤缺陷的产生。随着si含量增加，钢的韧脆转变温度不仅没有升高，反而有所下降。而20℃正好处于韧脆转变的敏感温度，随韧脆转变温度下降，20℃时的冲击功也升高且更稳定。但随着si含量的升高，钢的冲击上平台能量有所下降。综合上述现象可以得出，只要车轮钢中的si含量不超过1.00％wt，钢的冲击韧性并不会受到较大损失。因此控制si含量为0.55-1.0％。
[0030]
mn：可以改变钢在凝固时所形成的氧化物的性质和形状。同时它与s有较大的亲合力，可以避免在晶界上形成低熔点的硫化物fes，而以具有一定塑性的mns存在，从而消除硫的有害影响，改善钢的热加工性能。mn具有固溶强化作用,从而提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，虽然其固溶强化效果不及碳、磷和硅，但其对钢的延展性几乎没有影响。在铁素体-珠光体型钢中mn是唯一可使屈服强度增加又使冷脆转变温度变化最小的合金元素。mn/s比含量过高，能够提高车轮钢的塑性和韧性，但会增加过热敏感性和回火脆性倾向。因此本发明将mn含量的范围确定为0.70-1.0％，s含量的范围确定为0.006-0.015％。
[0031]
cr：cr可提高钢的淬透性及强度，cr还可降低c的活度，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳倾向，有利用获得高的抗疲劳性能。另外，cr具有随着cr含量增加，钢的韧脆转变温度先降低后升高特点。车轮钢的cr含量超过0.20％wt，达到0.35％wt左右，钢的韧脆转变温度就有可能升高，使20℃冲击功降低。cr含量控制在0.15-0.35％。
[0032]
v：钒是车轮钢中重要的强碳氮化物形成元素，通过加热溶解与冷却析出，可以在钢中形成间隙型vc、v4c3和富氮的v(c,n)第二相粒子，产生强烈的析出强化与细晶强化，起到显著提高屈服强度的作用。此外，含钒第二相粒子的形成，粒子周围微区因贫碳以及与铁素体较小的晶格错配度，促进先共析铁素体的形成而起到适度提高磨损速率的作用，从而达到协调接触疲劳与磨耗竞争关系，改善车轮抗表面接触疲劳性能的目的。本发明将钒含量范围定为0.03％-0.06％，理由是，一方面钒含量超过该值，须采用更高的加热温度才能产生显著的强化效果，否则受固溶v含量低、基体碳含量较低的双重因素影响，会极大限制v微合金化提高强度的作用，甚至产生负效应；另一方面，钒含量过低起不到明显的析出强化作用，甚至因热处理制度不当，钒因夺基体中的碳而造成强度的下降。
[0033]
s：硫容易在钢中与锰形成mns夹杂，使钢产生热脆，但是添加少量的s，在不影响产品性能的同时，会明显改善车轮钢的切削性能，而mns同时具有细化晶粒的效果；mns在凝固过程的均匀、弥散析出需要钢中有适当的[s]，车轮客户的标准中对mns夹杂的评级有严格的要求，因此在工艺设计中要综合考虑两方面的需求，通过对比、对以往数据的分析，确定夹杂物塑性化工艺的钢水[s]的最佳值控制在0.006-0.015％。
[0034]
p：p是具有强烈偏析倾向的元素，增加钢的冷脆，降低塑性，对产品组织和性能的均匀性有害。控制p≤0.010％。然而，如果想要过度减小p含量，则精炼成本会过度增加。因此，在考虑到通常的工业生产的情况下，p含量的优选的下限为0.005％。
[0035]
t.o和[h]：t.o在钢中形成氧化物夹杂，控制t.o≤7ppm；[h]在钢中形成白点，严重影响产品性能，控制[h]≤1.5ppm。
[0036]
n：n原子在钢中主要是以间隙原子的形式占据奥氏体点阵的八面体间隙位置，能够起到明显的固溶强化作用；同时，n在奥氏体中能够增加自由电子的浓度，导致面心立方晶格点阵中电子能增加，提高原子间金属键的结合力，从而提高了组织的稳定性和材料的强度。但n元素含量过高对车轮钢塑韧性不利，因此本发明将n的含量设定为60-100ppm。
[0037]
根据各素在车轮钢中起到强化作用，系数的匹配根据各元素不同的强化效果拟合，获得ceq公式，ceq不足0.82时，耐磨耗性和耐转动疲劳性与以tb/t2817的“cl60”的铁路车轮用钢作为原材料的情况相比几乎没有提高，有时与“cl60”相比降低。因此，难以用作行驶距离的增加和装载负荷的增加这种极其苛刻的环境下使用的铁路用车轮的原材料。另一方面，若ceq超过0.92，则难以得到珠光体主体的组织而耐磨耗性降低。进而硬度过高，因此韧性降低。
[0038]
重载车轮载荷工况为高的机械载荷和大的制动热负荷，要兼顾这样的使用特性，必须从优化车轮材料特性入手，以cl60级车轮材料为基础，通过适当合金化，提高车轮材料强硬度以提高接触疲劳性能和磨损性能，同时提高车轮材料奥氏体转变临界温度以减小热损伤概率，从而达到提高重载车轮使用性能的目的。
[0039]
提高车轮钢发生奥氏体化的相变温度是提高抗剥离性能的最有效途径，降低碳含量可显著提高奥氏体化温度，但同时会造成硬度降低而降低耐磨性，因此，需从车轮钢其它合金元素的改变考虑，改善车轮钢的抗裂性能。
[0040]
与现有技术相比，本发明通过成分设计，并设计匹配的车轮生产工艺、热处理工艺，生产的轮辋抗拉强度(rm)≥1200mpa、屈服强度≥800mpa，轮辋磨耗极限布氏硬度≥321hbw重载车轮，该车轮具备良好的高耐磨性和抗裂性能。
附图说明
[0041]
图1为实施例1车轮踏面应力测试，实施例1车轮踏面应力为-139.98mpa，零应力点在踏面下45mm处。
[0042]
图2为实施例2车轮踏面应力为-141.57mpa，零应力点在踏面下47.54mm处。
[0043]
图3为实施例3车轮踏面应力为-128.93mpa，零应力点在踏面下39.51mm处。
[0044]
图4为对比例1车轮踏面应力为-110.75mpa，零应力点在踏面下35.7mm处。
[0045]
图5为重载hesa车轮轮辋强化冷却后的变形情况。
具体实施方式
[0046]
下面结合实施例和对比例对本技术进一步说明。
[0047]
实施例1-实施例3
[0048]
一种高耐磨、抗裂车轮钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为fe和不可避免的杂质。
[0049]
对比例1-对比例5
[0050]
一种高耐磨、抗裂车轮钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为fe和不可避免的杂质。
[0051]
表1实施例和对比例熔炼化学成分质量
[0052][0053]
本发明实施例和对比例化学成分如表1，采用以上高耐磨、抗裂车轮钢生产车轮的生产方法，包括以下工艺流程：
[0054]
采用电弧炉冶炼-lf精炼-rh真空处理-连铸-锯切-加热-轧制-热处理-加工-探伤。
[0055]
1)加热：钢坯在加热炉的加热段温度控制在1220-1260℃之间，均热温度控制在1260-1310℃、预热、加热和均热总时间控制3h-4h。
[0056]
2)轧制：车轮轧制温度1150-1200℃，此温度为高塑性温度区，压制速率20-30mm/s。
[0057]
3)车轮钢的热处理工艺：为了抑制车轮轮毂出现沉降，车轮轧制成型后，进入热处理加热炉，加热段内以850-890℃进行加热，均热段内以850-870℃，加热总时间为2-2.5h，其中均热段时间0.5h，确保车轮内部组织均匀奥氏体化。根据车轮钢相变特性，先采用较弱的水冷，使轮辋踏面近表层金属以0.1℃/s-0.2℃/s的冷却速度，保证踏面10mm以内冷却，同时保证轮辋内部温度在ac3点(约为560℃以上)，使车轮踏面近表层一定深度内先发生f-p转变，此时轮辋内部仍为奥氏体。弱喷结束后，强喷喷嘴开始对车轮踏面进行喷淋，轮辋冷却速率4-7℃/s,轮辋内部金属快速地通过ar3～ar1温度区间，抑制了先共析铁素体的析出，防止内部组织向贝氏体转变。同时，以1-1.5℃/s的冷却速度对车轮辐板和轮毂圆弧过渡进行风冷，轮毂冷却至相变点温度以下780℃；最后在480-520℃回火处理3-4小时。
[0058]
表2和表3下面为本发明的具体实施例和对比例生产工艺参数
[0059]
表2各实施例和对比例轧钢生产工艺参数
[0060][0061]
表3各实施例和对比例热处理生产工艺参数
[0062][0063]
以上各实施例和对比例生产的车轮性能如表4所示。
[0064]
表4实施例1-3及对比例1-5制造的车轮性能
[0065][0066][0067]
续上表4
[0068][0069]
续上表4
[0070][0071][0072]
以上画下划线的数据为不满足本技术要求的。
[0073]
车轮钢型疲劳裂纹扩展门槛值测试，具体如下：
[0074]ⅰ型疲劳裂纹扩展试验：
[0075]
疲劳裂纹扩展试样从车轮轮辋10mm、35mm截取。试样厚度为7mm，宽高均为70mm。在试样对称轴一侧使用线切割加工长度为25mm、宽度为0.2mm的缺口，然后在高频疲劳试验机(hfp5000)上用i型加载方式预制疲劳裂纹。预制裂纹试验在室温下进行，加载频率约80hz，预制试样裂纹时的加载力值比r(最小载荷与最大载荷的比值)与测量试样疲劳裂纹扩展门槛值时的力值比r相同。试验过程中使用安装在千分尺上的光学显微镜跟踪裂纹尖端位置，测量裂纹扩展量。设试样两侧表面裂纹长度为a、裂纹扩展量为
△
a，裂纹长度取两侧结果的平均值。当预制i型疲劳裂纹长度约8mm时，采用逐级降载法使裂纹扩展速率接近0.1mm/106cyc，并得到i型疲劳裂纹扩展门槛值δkⅰth
。然后在相同的力值比下测量试样的ii型疲劳裂纹扩展门槛值δkⅱth
，每种条件下至少取2个有效试样。
[0076]ⅱ型疲劳裂纹扩展试验：
[0077]
对于预裂纹试样(i型疲劳裂纹扩展门槛值的试样)，在ii型裂纹疲劳加载条件下先用较低的载荷幅值，即较低的ii型应力强度因子幅值加载2*106cyc，如果裂纹没发生扩展或裂纹扩展量小于0.1mm，则升高载荷幅值，载荷幅值每次增加10％。当试样在新的载荷幅值下进行2
×
106cyc加载，裂纹发生扩展但其扩展量不大于0.2mm时，记为有效试样，此条件下的载荷幅值记为δpⅱ，若扩展量超过0.2mm，则为无效试样。对于满足规定条件的有效试样，取其发生扩展时的载荷幅值与裂纹未发生扩展时的最大载荷幅值的平均值，利用该平均值通过有限元法计算试样的ii型裂纹尖端的应力强度因子，即疲劳裂纹扩展门槛值δkⅱth
。检测结果如表5所示。
[0078]
表5各实施例和对比例疲劳裂纹扩展门槛值
[0079][0080]
在mms-2a型微机控制试验机上参照gb 10622《金属材料滚动接触疲劳试验方法》标准进行了磨耗性能、接触疲劳性能对比试验，测试结果分别如表9、10所示。试验过程中主试样为本发明各实施例或对比例制备的车轮试样，配试样均为相同硬度的u71mn钢轨试样，主试样和配试样直径均为60mm。磨损试验：一组3套试样，主试样转速360rpm，配试样转速400rpm，对应转动滑差率0.75％，接触应力1100mpa，循环次数50万次。接触疲劳试验：一组6套试样，转速为2000rpm，对应转动滑差率0.3％，接触应力1100-1500mpa，采用20#机油润滑。
[0081]
表6实施例1-3和对比例1-5车轮磨损性能对比
[0082][0083]
表6实施例1-3和对比例1-5车轮接触疲劳性能对比
[0084][0085][0086]
本试验选用的方法是根据《en 13262：2016(c)铁路应用－轮对和转向架－车轮－产品要求》中附录c推荐的方法。该方法通过几道切割工序使轮缘中存在的残余应力连续释放，同时利用应变片监测每一道切割工序中的表面局部变形，最终计算得到车轮表面残余应力。
[0087]
实施例1-3和对比例1-5车轮残余应力对比如图1-图4，实施例1车轮踏面应力为-139.98mpa，零应力点在踏面下45mm处。实施例2，车轮踏面应力为-141.57mpa，零应力点在踏面下47.54mm处。实施例3，车轮踏面应力为-128.93mpa，零应力点在踏面下39.51mm处。对比例1，车轮踏面应力为-110.75mpa，零应力点在踏面下35.7mm处。

技术特征：
1.一种高耐磨、抗裂车轮钢，其特征在于，所述高耐磨、抗裂车轮钢包括以下质量百分比成分：c：0.58-0.75％，si：0.55-1.0％，mn：0.70-1.0％，cr：0.15-0.35％，v：0.03-0.06％，p：0.005-0.010％，s：0.006-0.015％，t.o：≤7ppm，[h]：≤1.5ppm，n：60-100ppm，其余为fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的高耐磨、抗裂车轮钢，其特征在于，所述高耐磨、抗裂车轮钢的成分还满足：碳当量ceq＝[c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15]
×
100％，ceq＝0.82-0.92。3.根据权利要求1所述的高耐磨、抗裂车轮钢，其特征在于，所述高耐磨、抗裂车轮钢的成分还满足：di：≥3.0.in；临界淬火直径di：≥3.0.in，di＝(0.54
×
c)
×
(1.00+3.3333
×
mn)
×
(1.00+0.7
×
si)
×
(1.00+2.16
×
cr)
×
(1.00+1.73
×
v)。4.根据权利要求1所述的高耐磨、抗裂车轮钢，其特征在于，所述所述高耐磨、抗裂车轮钢的成分还满足：ts≥1200；ts＝833+1063
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(c-0.55)+140
×
si+151
×
mn+132
×
cr+294
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v。5.一种生产车轮的方法，其特征在于，利用权利要求1-4任一项所述高耐磨、抗裂车轮钢生产，所述生产方法包括以下工艺流程：锯切-加热-轧制-热处理-加工。6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述加热：钢坯在加热炉的加热段温度控制在1220-1260℃之间，均热温度控制在1260-1310℃、预热、加热和均热总时间控制3h-4h。7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述轧制：车轮轧制温度1150-1200℃，压制速率20-30mm/s。8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述热处理：加热段内以850-890℃进行加热，均热段内以850-870℃，加热总时间为2-2.5h，其中均热段时间0.5h；然后先采用较弱的水冷，使轮辋踏面近表层金属以0.1℃/s-0.2℃/s的冷却速度，保证踏面10mm以内冷却，同时保证轮辋内部温度在ac3点；再强水冷，轮辋冷却速率4-7℃/s；同时，以1-1.5℃/s的冷却速度对车轮辐板和轮毂圆弧过渡进行风冷；最后在480-520℃回火处理3-4小时。9.一种权利要求5-9任一项所述生产方法生产的车轮，其特征在于，所述组织为铁素体-珠光体，晶粒度细于9级，珠光体偏间距≤0.11μm。10.根据权利要求9所述的车轮，其特征在于，所述车轮的轮辋抗拉强度r
m
≥1200mpa、屈服强度≥800mpa，轮辋断裂延伸率≥20％，断面收缩率≥40％；轮辋磨耗极限布氏硬度≥321hbw。

技术总结
本发明提供了一种高耐磨、抗裂车轮钢及车轮生产方法，成分：C：0.58-0.75％，Si：0.55-1.0％，Mn：0.70-1.0％，Cr：0.15-0.35％，V：0.03-0.06％，P：0.005-0.010％，S：0.006-0.015％，T.O：≤7ppm，[H]：≤1.5ppm，N：60-100ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。与现有技术相比，本发明通过成分设计，并设计匹配的车轮生产工艺、热处理工艺，生产的轮辋抗拉强度(Rm)≥1200MPa、屈服强度≥800MPa，轮辋磨耗极限布氏硬度≥321HBW重载车轮，该车轮具备良好的高耐磨性和抗裂性能。良好的高耐磨性和抗裂性能。良好的高耐磨性和抗裂性能。


技术研发人员：国新春 陈刚 刘智 黄孝卿 刘海波 宁珅 杨晓东 陶盈龙 王翔 翟龙
受保护的技术使用者：宝武集团马钢轨交材料科技有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/10/19