CN101818235B - 铁路机车用粗制轮箍制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路机车用粗制轮箍制造方法，在锻压轧制工序与等温工序之间，设置短时整体浸水冷却工序，其工艺内容是：将经过高温锻压轧制后的轮箍直接整体放入水温在20℃～40℃水槽内进行冷却处理，冷却时间50s～80s，将冷却处理结束后的轮箍表面温度控制在A1～300℃之间。采用上述技术方案，能够加快轮箍冷却降温，保证了轮箍能够在氢扩散系数最大的温度区间进行后续的常规等温工序，延长了有效等温去氢时间，有效降低了轮箍中的氢含量，抑制了氢致裂纹的产生，未对最终处理后的轮箍工件的组织状态和性能产生不良影响。
Description
技术领域
本发明属于冶金工业生产的技术领域，涉及铁路车轮的制造技术，更具体地说，本发明涉及一种铁路机车用粗制轮箍制造方法。
背景技术
自Johnson于1875年首次报道氢对钢铁材料力学性能的有害影响以来的一个多世纪里，人们已充分认识到氢使很多材料的性能降低，在此基础上提出了一系列理论。二十世纪20年代至70年代，国内外对钢中氢致裂纹进行了广泛的研究，到80年代，国内外均认为钢中氢致裂纹问题已经解决。
然而近年来，随着钢包精炼、真空除气(VD)和真空冶炼(RH)的广泛应用，以及连铸代替模铸，氢致裂纹又成为困扰一些钢铁企业生产的一个严重问题。究其原因，与钢的洁净度提高后增加了产生氢致裂纹的敏感性、连铸坯的宏观组织致密度降低等是密切相关的。
而对于国内铁路机车用轮箍来说，一方面基于耐磨性考虑，一直采用C含量在0.60％左右的C-Mn高碳碳素钢材质，本身就存在较高的氢致裂纹发生敏感性；另一方面轮箍服役状态恶劣，需采用热装的方式过盈装配在轮芯上使用，轮箍受轮芯的作用在周向与径向上产生拉应力，这种拉应力状态也会促进氢致裂纹的萌生和发展，最终导致轮箍断裂失效。英国就曾经报道过采用精炼处理的连铸圆坯制造的轮箍因氢致裂纹发生了崩箍的事故。
马钢是目前国内唯一一家生产铁路机车用轮箍的企业，经过多年的努力，已基本形成一条120t转炉→LF精炼→VD真空处理→φ380mm、φ450mm圆坯连铸的高纯净度轮箍钢冶炼工艺流程，冶炼工艺技术装备的改进使轮箍钢的钢质纯净度得到了明显提高，但是氢致裂纹的敏感性也随之增加，因此，如何改进后续轮箍制造工艺进一步有效降低轮箍中的含氢量，从而抑制氢致裂纹的产生，保障轮箍的使用安全性能是目前急需解决的一个重要问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种铁路机车用粗制轮箍制造方法，其目的是有效抑制铁路机车用粗制轮箍上氢致裂纹的产生。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的铁路机车用粗制轮箍制造方法，按工艺顺序，包括1220℃～1240℃的高温加热工序、锻压轧制工序、630℃±15℃的等温工序、860℃±10℃的淬火加热工序、时间为200s±10s的整体浸水淬火冷却工序、540℃±10℃的回火工序，在所述的锻压轧制工序与等温工序之间，设置短时整体浸水冷却工序，其工艺内容是：将经过高温锻压轧制后的轮箍直接整体放入水温在20℃～40℃水槽内进行冷却处理，冷却时间50s～80s，将冷却处理结束后的轮箍表面温度控制在A1～300℃之间。
所述的整体浸水淬火冷却工序将轮箍表面温度控制在400℃～600℃。
经锻压轧制的轮箍在所述的短时整体浸水冷却工序前保持在780℃～830℃之间的奥氏体状态。
所述的轮箍为碳含量在0.60％～0.63％之间的高碳碳素轮箍钢材质。
按质量百分数计算，所述的轮箍的材料成分包括：C：0.60％-0.63％；Si：0.25％-0.35％；Mn：0.75％-0.85％；P≤0.025％；S≤0.010％；其余：微量。
更具体地，按质量百分数计算，所述的轮箍的材料成分包括：C：0.61％；Si：0.26％；Mn：0.76％；P：0.017％；S：0.003％。
上述技术方案具有突出的实质性特点，并在现有技术的基础上取得了显著的技术进步，解决了本领域长期未能解决的技术难题，充分体现了本发明的新颖性、创造性和实用性。与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：
能够加快轮箍冷却降温，使轮箍整体迅速完成铁素体—珠光体转变，从而保证了轮箍能够在氢扩散系数最大的温度区间进行后续的常规等温工序，延长了有效等温去氢时间(即在400℃～700℃内的保持时间)，有效降低了轮箍中的氢含量，等温处理结束后轮箍工件中的氢含量降低了0.3×10-6～0.5×10-6，抑制了氢致裂纹的产生，未对最终处理后的轮箍工件的组织状态和性能产生不良影响；
整体浸水冷却处理后的轮箍工件表面温度在400℃～600℃之间，温度降低了近200℃，表明工件已完成珠光体转变，从而保证了轮箍能够在氢扩散系数最大的温度区间进行后续的常规等温工序；
整体浸水冷却处理后的轮箍工件等温处理时的有效去氢时间延长了70min以上；
组织状态、常规性能指标保持同等水平；
可以采用常规淬火冷却处理用的水槽进行轮箍的整体浸水冷却处理，不需新增设备和增大轮箍制造过程的难度。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容作简要说明：
图1为本发明实施例一和和实施例二及对比例的轮箍工件在等温炉内实际测定的温度变化曲线图；
图2为本发明实施例一和实施例二中最终处理后的轮箍工件金相组织显微图(500×)；
图3为对比例最终处理后的轮箍工件金相组织显微图(500×)。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明所提供的铁路机车用粗制轮箍制造方法，按工艺顺序，包括1220℃～1240℃的高温加热工序、锻压轧制工序、630℃±15℃的等温工序、860℃±10℃的淬火加热工序、时间为200s±10s的整体浸水淬火冷却工序、540℃±10℃的回火工序，在所述的锻压轧制工序与等温工序之间，设置短时整体浸水冷却工序，其工艺内容是：将经过高温锻压轧制后的轮箍直接整体放入水温在20℃～40℃水槽内进行冷却处理，冷却时间50s～80s，将冷却处理结束后的轮箍表面温度控制在A1～300℃之间。
上述技术方案，能够加快轮箍冷却降温，使轮箍整体迅速完成铁素体—珠光体转变，从而保证了轮箍能够在氢扩散系数最大的温度区间进行后续的常规等温工序，延长了有效等温去氢时间，有效降低了轮箍中的氢含量，等温处理结束后轮箍工件中的氢含量降低了0.3×10-6～0.5×10-6，抑制了氢致裂纹的产生，未对最终处理后的轮箍工件的组织状态和性能产生不良影响。
所述的整体浸水淬火冷却工序将轮箍表面温度控制在400℃～600℃。整体浸水冷却处理后的轮箍工件表面温度在400℃～600℃之间，温度降低了近200℃，表明工件已完成珠光体转变，从而保证了轮箍能够在氢扩散系数最大的温度区间进行后续的常规等温工序。
经锻压轧制的轮箍在所述的短时整体浸水冷却工序前的温度保持在780℃～830℃之间，其金相组织为奥氏体状态。
所述的轮箍为碳含量在0.60％～0.63％之间的高碳碳素轮箍钢材质。下面通过两个实施例对本发明的技术方案作详细的说明。
表1、实施例一、实施例二及对比例轮箍工件化学成分(质量百分数)：
| C | Si | Mn | P | S | 其余 |
| 0.61％ | 0.26％ | 0.76％ | 0.017％ | 0.003％ | 微量 |
实施例一：
将表1所示成分的C-Mn高碳钢轮箍钢坯按照现有技术的常规工艺在1220℃～1240℃加热；
随后通过常规高温锻压轧制成轮箍工件；
随后进行短时整体浸入式冷却处理，即将轮箍工件整体放入水温在20℃～40℃的水槽内进行浸入冷却处理，冷却时间50s，短时整体浸入式冷却处理前后均采用红外测温仪检测到轮箍表面温度为803℃、603℃，轮箍工件已完成珠光体转变；
随后将轮箍工件放入等温炉内在630℃±15℃进行等温处理，时间为3h，采用内窥视式高温测温系统对轮箍本体温度变化情况进行了在线检测，检测结果见图1，轮箍工件在有效去氢温度范围内的保持时间增加了70min以上；
处理结束后对轮箍工件按照常规工艺进行了860℃±10℃的淬火加热处理、s200±10s的整体浸水淬火冷却处理和(540±10)℃的回火处理。
最终处理后的轮箍工件机械性能、氢含量见表2，金相组织检测结果见图2。
图3是用于对比的现有技术的最终处理后的轮箍工件金相组织显微图。
实施例二：
将表1所示成分的C-Mn高碳钢轮箍钢坯按照现有技术的常规工艺在1220℃～1240℃加热；
随后通过常规高温锻压轧制成轮箍工件；
随后进行短时整体浸入式冷却处理，即将轮箍工件整体放入水温在20℃～40℃的水槽内进行浸入冷却处理，冷却时间80s，短时整体浸入式冷却处理前后均采用红外测温仪检测到轮箍表面温度为800℃、412℃，轮箍工件已完成珠光体转变；
随后将轮箍工件放入等温炉内在630℃±15℃进行等温处理，时间为3h，采用内窥视式高温测温系统对轮箍本体温度变化情况进行在线检测，检测结果见图1，轮箍工件在有效去氢温度范围内的保持时间增加了70min以上；
处理结束后对轮箍工件按照常规工艺进行了860℃±10℃淬火加热处理、(200±10)s整体浸水淬火冷却处理和540℃±10℃回火处理。
最终处理后的轮箍工件机械性能、氢含量见表2，金相组织检测结果见图2。
表2、实施例一和实施例二及对比例轮箍工件最终处理后的氢含量和机械性能检测结果：
| 氢含量×10-6 | RmN/mm2 | A％ | Z％ | 常温冲击J | 踏面下30mm断硬HB | |
| 实施例一 | 1.36 | 1010 | 16.5 | 36 | 38 | 296 |
| 实施例二 | 1.52 | 1010 | 17.0 | 43 | 42 | 289 |
| 对比例 | 1.85 | 1020 | 15 | 33.5 | 40 | 290 |
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种铁路机车用粗制轮箍制造方法，按工艺顺序，包括1220℃～1240℃的高温加热工序、锻压轧制工序、630℃±15℃的等温工序、860℃±10℃的淬火加热工序、时间为200s±10s的整体浸水淬火冷却工序、540℃±10℃的回火工序，其特征在于：
所述的轮箍为碳含量在0.60％～0.63％之间的高碳碳素轮箍钢材质；
在所述的锻压轧制工序与等温工序之间，设置短时整体浸水冷却工序，其工艺内容是：将经过高温锻压轧制后的轮箍直接整体放入水温在20℃～40℃水槽内进行冷却处理，冷却时间50s～80s，将冷却处理结束后的轮箍表面温度控制在A1～300℃之间。
2.按照权利要求1所述的铁路机车用粗制轮箍制造方法，其特征在于：所述的整体浸水淬火冷却工序将轮箍表面温度控制在400℃～600℃。
3.按照权利要求1或2所述的铁路机车用粗制轮箍制造方法，其特征在于：经锻压轧制的轮箍在所述的短时整体浸水冷却工序前保持在780℃～830℃之间的奥氏体状态。
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