摘要：针对火车车轮在热成型过程中车轮辐板外侧面易产生裂纹问题，采用低倍检验、金相组织和化学成分分析等方法对裂纹产生原因进行了探讨。结果表明，裂纹的产生是由于车轮辐板在热成型中受到强烈的冷却影响所致，从而采

取了相应的改进措施，取得了较好效果。

关键词：火车车轮；辐板外侧面；裂纹；热成型

1概况

        由于车轮在热成型过程中变形温度较高(>950℃)，因而热成型时产生裂纹的情况较少见。但2005年初，马鞍山钢铁股份有限公司的多块车轮，在热成型过程中轧制辐板出现裂纹；如果有个别微小裂纹漏检，将会严重威胁列车运行安全。为此，对辐板裂纹的形成原因进行了分析。

        对所有辐板裂纹车轮进行外观检查，发现裂纹均沿周向出现且位于辐板外侧面的轧制面上；裂纹长度不等，最严重的裂纹长达115mm，较轻的裂纹长20mm，见图l；缺陷区均未发现肉眼可见夹杂及其他冶金缺陷；辐板内侧面均完好。

外观检查表明，裂纹形貌、分布具有相同规律，说明其产生原因是相同的。

2  取样方法及试验内容

    根据缺陷区外貌特征，在缺陷区分别制取辐板横向低倍试样；并取贯穿辐板横截面的金相试样观察辐板表面及内部组织；同时进行成品化学成分分析。

3   试验结果

3．1 低倍分析

    低倍分析发现，试样辐板外侧面有边裂，开口宽2mm、深3mm，边裂处有与基体组织不一；致的亮带区，深19mm，见图2。

3．2化学成分分析

    在低倍试样的亮带区和正常区钻取金属屑，按GB223标准进行化学成分分析，见表1。

    从表1可看出，成分基本相同，这说明低倍亮带区的出现非化学成分偏析所致。

3．3金相分析

  金相检验表明，裂口及其附近区域均未发现冶金异常，脱碳不明显，这说明裂纹非锭坯的原始缺陷所致。辐板内部及内侧组织正常，为铁素体+珠光体组织。但外侧辐板表层出现异常组织区，其深度与低倍亮带区基本一致，异常区内出现了大量贝氏体组织，见图3，这说明外侧辐板表层受到了强烈冷却的影响。

4讨论

   火车车轮是一种特殊的机械产品，车轮的热  成型工艺是：先用水压机将锭坯锻压得到成型坯，然后在车轮轧机上轧制出轮缘、踏面及轧制辐板，最后再在水压机上将辐板压弯。因此，辐板由压制辐板和轧制辐板2部分组成，是车轮变形量最大的部位，而且变形不均匀，只有接触轧辊的部位才会产生局部变形。

    一般来说，虽然轧制辐板变形量最大，但由于变形温度较高(>950℃)，轧制辐板处的金属变形抗力低，塑眭好，在正常条件下不会形成裂纹。只有在受到外界异常冷却影响时，冷速增大，受影响区域变形温度迅速降低，变形抗力增大，变形困难，才会导致裂纹产生。

    车轮钢属于亚共析钢，由于终轧温度较高，冷却速度较慢，热成型后车轮辐板的室温组织应为先共析铁素体+珠光体组织。只有当冷却速度增大到超过下临界冷却速度(约30℃/s)时，才使贝氏体组织相变成为可能。

    对于亚共析钢的贝氏体开始转变温度，Steven和Haynes提出以下公式：

    B_s(℃)=830—270(wt％C)一90(wt％Mn)－37(wt％Ni)－70(wt％Cr)一83(wt％Mo)

    根据表1可推算出该车轮的贝氏体开始转变温度约在585℃左右。

根据B_s点的估算可知，车轮辐板外侧表面出现贝氏体相变的区域必然受到剧烈冷却的影响，使温度迅速降至585℃以下，导致该区域的变形过程在远低于Ac3的温度下进行。

现场观察发现，车轮在车轮轧机上进行轧制时需对轧辊进行喷水冷却，冷却水会喷溅到辐板外侧面上。根据该批车轮的情况判断，喷水过程出现异常，导致辐板外侧表面冷速过快，温降幅度过大，受冷却影响的部位发生了贝氏体相变。

         裂纹均位于轧制辐板面上，是因为该部位在热成型过程中受力较大，产生较大变形，而异常组织的出现使该部位塑性变差，变形困难，无法达到预定的径向变形量，必然导致周向裂纹的产生，在后续的辐板压弯时，受外力作用，裂纹进一步扩大。

        上述分析可见，该批车轮辐板外侧面裂纹的产生是由于辐板受强烈冷却影响所致，与轧制时轧辊冷却水出现异常有关。为此，决定对轧辊冷却水进行调整，将单个喷嘴改为多个喷嘴进行多点冷却，并减小冷却水的水量和水压，同时对喷嘴的喷射角度进行调整以减少冷却水的喷溅。实践表明，轧辊冷却水调整后该类缺陷得到有效抑制。事实进一步证明，该批车轮辐板外侧面裂纹的产生是由于辐板受强烈的冷却影响所致。