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起重机车轮材质选择

  2015 年第 1期 总第 45 期 重工与起重技术 H E A V Y IND U sT R IA L & H 0 IS n NG M A C H INE R Y NO.1 2 0 15 S e ria I No.45 起重机车轮材质选 择 大连华锐重工起重机有限公 司 王荣纲 摘要:介绍了起重机车轮常用的两种材质 65Mn 和 CL60, 并对两者进行了分析比较。 关键词:起重机;车轮材质;锻造 l前言 车轮是起重机的重要部件,在钢轨上滚动运行, 并承受着起重机 自重与吊重载荷。起重机车轮的工 作特点是低速、重载,因此,车轮材料要有高强度、高 硬度和良好的耐磨性能。起重机车轮有铸钢、锻造和 轧制三种类型 。早期 的起重机车轮基本采用铸钢车 轮,近年...

  2015 年第 1期 总第 45 期 重工与起重技术 H E A V Y IND U sT R IA L & H 0 IS n NG M A C H INE R Y NO.1 2 0 15 S e ria I No.45 起重机车轮材质选 择 大连华锐重工起重机有限公 司 王荣纲 摘要:介绍了起重机车轮常用的两种材质 65Mn 和 CL60, 并对两者进行了分析比较。 关键词:起重机;车轮材质;锻造 l前言 车轮是起重机的重要部件,在钢轨上滚动运行, 并承受着起重机 自重与吊重载荷。起重机车轮的工 作特点是低速、重载,因此,车轮材料要有高强度、高 硬度和良好的耐磨性能。起重机车轮有铸钢、锻造和 轧制三种类型 。早期 的起重机车轮基本采用铸钢车 轮,近年普遍采用锻造和轧制工艺的车轮。 目前,锻造和轧制车轮的材质通常采用 65Mn 和 CL60,文章针对起重机车轮常用的这两种材质做以 介绍,并对两者进行了分析比较。 2锻造和轧制车轮材质 起重机锻造车轮 的材质通 常采用 65Mn 和 CL60,针对起重机车轮的工作特点,车轮对材料的化 学成分和力学幽能都有一定的要求。 2.1 两种材料的基本状况 依据修订中的铁路车轮设计标准 ((GB8601 1988 铁路用辗钢整体车轮》,CL60 钢属于中碳车轮 钢。起重机行业辗钢通常称为轧制车轮 ,CL60 对应 的新牌号是碳素结构钢中的6O钢,该类型中的50 钢就是目前国内高铁车轮的主要用钢。CL60 钢材料 强度、硬度和弹性均很高,冷变形时塑性较低,比较适 合于高速运行的车轮 ,起重机车轮在运行过程中,要 求较高强度、耐磨性和一定弹陛,CL60 是比较合适的 材料 。 65Mn属于优质碳素结构钢,是常用弹簧钢材料, 该钢强度、硬度、弹性和淬透陛均高于一般钢材。起重 机车轮的热处理通常是淬火+回火,热处理后组织为 回火托氏体,该组织的弹性极限和屈服极限高,并具 有一定韧性。65Mn具有上述优点且价格低廉 ,容易采 购,适合应用在起重机上。 2.2两种材料应用分析 65Mn 的应用国标有 (GB12222007 弹簧钢》和 ((GB6992007优质碳素结构钢》。由于((GB6992007 优质碳素结构钢》规定的是正火状态下的力学性能, 而起重机车轮一般都以淬火+回火热处理后交货,所 以,起重机车轮的检验标准是 (GB12222007 弹簧 钢》。采用 (GB86011988 铁路用辗钢整体车轮》和 (GB1222-2007 弹簧钢》比较两种材料的化学成分和 力学I生能。 2.2.1 材料化学成分和力学性能比较 两种材料的化学成分 和力学性能 比较见表 1、 表 2。 表 1 两种材料的化学成分 化 学 成 分 % 标准号 标准名称 牌 号 C si M n Cr P S Ni C u 铁路用辗钢 GB86O1198 8 C L 60 O .5 5 0 .65 0 .17 一O.37 0 .5O O.80 0 .035 0 .040 整体 车轮 GB1222 2Oo7 弹簧钢 65Mn O.62 0.7 0.17 0.37 0.90 一1.20 0.25 0.035 0.035 O.25 0.25 优质碳 素 GB69920o7 65Mn O.62 0.7 0.17 一O.37 0.90 1.20 O.25 0.035 0.035 O.3 0 .25 结构钢 2.2.2 化学成分 从化学成分看,两种材料中碳、硅、硫、磷含量基 本相同,65Mn中多了化学元素锰、铬、镍、铜。其中锰 作为主要的金属元素提高淬透陛,使材料表面脱碳倾 向小 ,经热处理后的材料力学 眭能较好。另外 ,锰大部 分溶于铁素体中,形成置换固溶体 ,并使铁素体强化 , 一部分锰也溶于 Fe3C 中,形成合金渗碳体。锰还能增 加珠光体相对量,并使它变细,从而提高钢的强度;锰 能与 S化合成为 MnS,以减轻S 的有害作用。另外,铬 等元素的增加,可以细化碳化物,提高淬透性和回火 稳定性 ,提高强度。因此 ,采用 65Mn材料的起重机车 轮更好一些。 一2 5 重工 与起重 技术 H E A V Y IND U sT R I AL & H 0 I sT ING M A CH INE R Y 表 2 两种材料的力学性能 热 处理 拉 力 试 验 标准号 标准名称 牌 号 淬火 回火 正火 抗拉强度 叮 屈服强度 叮 伸长率 8 断面 收缩率 IlI ℃ ℃ ℃ N/咖 N/ra m % % 铁路用辗钢 910 ~ GB86011988 CL6O 8 14 整体车轮 l 155 GB1222 2o07 弹簧钢 65Mn 830 540 980 785 8 I 30 优质碳素 GB6992007 65Mn 830 735 430 9 3O 结构钢 2.2_3 力学性 能 从力学性能的角度看,作为衡量材料力学陛能的 两个主要参数抗拉强度 Or 和屈服强度 ,CL60 对抗 拉强度or 的要求较为宽泛,仅要求一个区间 910~ 1155N/ram ,对屈服强度 。则不做约束,而 65Mn 不 仅对抗拉强度crb做了具体规定值 980N/mm2,而且, 对屈服强度 的值也做出了硬性规定(785N/mm2), 从这两个数值可以看出,65Mn对材料的要求更加严 格 ,性能更好 。 另外,反映金属塑陛陛能指标的参数之一是延伸 率,两种材料的延伸率相同。材料塑陛指标另一重要 参数断面收缩率 ,CL60 的断面收缩率为 14%, 65Mn 的断面收缩率为30%,明显高于 CL60。通常,断 面收缩率越高,钢材塑性越大,越能保证材料安全使 用 ,因为 ,塑性好的材料 ,能在较大的宏观范围内产生 塑性变形 ,钢材的塑性变形能调整钢材局部高峰应 力,使之趋于平缓,并在塑性变形的同时,使金属材料 因塑性变形而强化,从而提高材料的强度,以免引起 局部破坏,保证零件安全使用,钢材在塑性破坏前,有 明显的变形和较长的变形持续时间,也便于人们发现 和补救。从力学性能的角度分析,采用 65Mn 材料的 起重机车轮在各方面更好一些。 2.2.4 生产工艺 起重机上采用 CL60 车轮通常称为轧制车轮 ,标 准上称之是碾钢整体车轮。锻造工艺根据成形机理可 分为自由锻、模锻及碾环等。碾环称为旋转锻造,是指 通过专用设备碾环机(轧机)生产不同直径的环形零 件。起重机的轧制车轮就是应用碾环工艺生产制造 的。这是一种把钢锭压制和轧制成车轮的工艺,车轮 一26 一 片通过旋转的轧辊 ,与轧辊之间有相对旋转运动,轧 辊对车轮踏面进行逐点 、渐近的加压和成形 ,使踏面 表面产生塑性变形,该工艺方法可以改善车轮的铸造 组织,细化钢材的晶粒,并消除显微组织的缺陷,浇注 时形成的气泡、裂纹和疏松 ,也可在高温和压力作用 下被焊合 ,从而使钢材组织密实 ,力学性能得到改善。 起重机上采用 65Mn 车轮通常称为锻造车轮 ,锻 造是一种主要的金属塑性加工方法 ,是在坯料加热 后 ,利用锻压设备,对金属材料施加压力 ,使其产生塑 性变形以获得具有一定的力学性能、形状和尺寸的锻 件。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏 松等缺陷,优化微观组织结构,焊合孔洞。我们通常所 说的锻造包括模锻和自由锻,通常用于形状简单,生 产批量不大的锻件。起重机车轮由于车轮直径、宽度、 轴径的不同而规格较多,制造厂家在某个单一时间内 对单一规格的车轮用量都不大,通常采用锻造车轮。 综上所述,CL60 和 65Mn 都可以称为锻造车轮, CL60适合于大批量组织采购生产。65Mn 锻造车轮比 较适合于小批量生产。 3结论 实践证明,材料 65Mn 与CL60 相比,无论在化学 成分上分析还是从力学I生能上判断,都要好一些 ,也 更加适合与起重机车轮的现场使用工况,因此优先使 用 65Mn。 参考文献 【1】GB86011988铁路用辗钢整体车轮,1998 [2]GB1222- 2007 弹簧钢,2007 [3]GB699-2007优质碳素结构钢,2007

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