发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种高碳钢车轮制造方法,其目的是在保证高碳钢车轮工件的强度、硬度基本不变,显微组织仍为铁素体—珠光体的前提下,有效提高高碳钢车轮轮辋的冲击韧性,保证产品的使用安全。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
本发明提供的高碳钢车轮制造方法,按工艺顺序,包括:1270℃~1290℃的高温加热工序、锻压轧制工序、550℃~630℃的等温工序、830℃~850℃的淬火加热工序、时间为200s±10s的踏面淬火冷却工序、500℃±10℃的回火工序,在所述的锻压轧制工序之后、等温工序之前,设置预热处理工序,其工艺方法是将经过高温锻压轧制后的高碳钢车轮工件空冷至A1点以下,接着对高碳钢车轮工件进行加热,加热温度为730℃~750℃,加热时间为30min~40min,使车轮轮辋发生部分奥氏体转变,随后将高碳钢车轮工件炉冷至600℃~630℃,然后进行等温工序。
所述的高碳钢车轮的材料为0.60%~0.63%的高碳碳素车轮钢。
所述的经高温锻压轧制的高碳钢车轮工件,在预热处理工序前应将高碳钢车轮工件空冷至600℃~650℃,此时高碳钢车轮轮辋已完成珠光体转变。
按质量计,所述的高碳钢车轮的材料成分为:
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。
具体地说,所述的高碳钢车轮的材料成分为:
C:0.62%;Si:0.30%;Mn:0.79%;P:0.019%;S:0.005%;其余:微量。
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:
本发明采用上述技术方案,炉冷过程车轮工件本体温度下降缓慢,从而延长了车轮有效去氢时间,在400℃~700℃的温度范围内增加了1.5h以上,等温处理结束后车轮工件中的氢含量降低了0.3×10-6,降低最终处理后的车轮工件的氢含量,为抑制氢致裂纹的产生创造了更有利的条件;可以采用常规等温处理用的等温炉进行预热处理工序,不需新增设备,也不增大车轮制造过程的难度,控制生产成本;淬、回火处理前的原始组织的不均匀度增加,先共析铁素体量增加1.5%以上,珠光体片间距增加了0.1μm以上;最终处理后的车轮,轮辋强硬度指标水平相当,轮辋常温冲击功提高了5J以上,-20℃下的冲击功提高了3J以上。
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。
本发明涉及高碳钢车轮制造方法,其中,所述的高碳钢车轮的材料为0.60%~0.63%的高碳碳素车轮钢。
所述的高碳钢车轮制造方法,按工艺顺序,包括:
首先将碳含量在0.60%~0.63%范围的C-Mn高碳钢车轮钢坯按照常规工艺,进行1270℃~1290℃的高温加热工序;
随后通过常规高温锻压轧制工序,锻成车轮工件;
随后,增加预热处理工序,对车轮工件进行预处理,其工艺方法是将经过高温锻压轧制后的高碳钢车轮工件空冷至A1点以下,确切的讲为600℃~650℃,接着对高碳钢车轮工件进行加热,加热温度为730℃~750℃,加热时间为30min~40min,使车轮轮辋发生部分奥氏体转变;
随后将高碳钢车轮工件炉冷至600℃~630℃后,进行550℃~630℃的等温工序、830℃~850℃的淬火加热工序、时间为200s±10s的踏面淬火冷却工序、500℃±10℃的回火工序。
以下是本发明为解决上述技术问题而提出的更详尽的技术方案:
首先将碳含量在0.60%~0.63%范围的C-Mn高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1270℃~1290℃加热;
随后通过常规高温锻压轧制成车轮工件;
将工件空冷至A1点以下一定温度范围,具体地说,是在600℃~650℃,采用红外测温仪对车轮轮辋温度进行检测,此时车轮本体已完成珠光体转变;
然后将车轮工件放入等温炉内在730℃~750℃进行加热,加热时间为30min~40min,使车轮轮辋发生部分奥氏体转变;
随后将车轮工件炉冷至600℃~630℃,使车轮轮辋在较高的温度条件下重新发生珠光体转变,由于冷却速度缓慢,促进了先共析铁素体的析出,珠光体片间距增大,碳的偏聚程度增大,从而使铁素体-珠光体组织的不均匀度增加;
随后对车轮工件按照常规工艺进行550℃~630℃等温处理、830℃~850℃淬火加热处理、200s±10s踏面淬火冷却和540℃±10℃回火处理。这种不均匀度增大的原始组织重新奥氏体化时,必然降低奥氏体形核率,奥氏体均匀化过程中,碳需要长程扩散,造成奥氏体晶粒的长大速度减慢,奥氏体均匀性降低,因此,奥氏体稳定性降低,在淬火冷却过程中,会导致珠光体形核率提高,珠光体团尺寸减小,能够提高韧性,降低韧脆转变温度。
下面以表1所示具体成分为例,通过实施例作进一步说明。
表1:高碳钢车轮工件化学成分(质量百分数)
C |
Si |
Mn |
P |
S |
其余 |
0.62% |
0.30% |
0.79% |
0.019% |
0.005% |
微量 |
实施例一:
高碳钢车轮制造方法的工艺过程及技术参数为:
将表1所示成分的C-Mn高碳钢车轮钢坯按照常规工艺加热至1270℃~1290℃;
通过常规高温锻压轧制成高碳钢车轮工件;
将工件空冷至A1点以下一定温度范围,红外测温仪检测到车轮轮辋表面温度为632℃,表明车轮本体已完成珠光体转变;
将高碳钢车轮工件放入等温炉内,加热至730℃~750℃,加热时间为30min,使车轮轮辋发生部分奥氏体转变;
将高碳钢车轮工件炉冷至600℃~630℃,使车轮轮辋在较高的温度条件下发生珠光体转变,采用内窥视式高温测温系统对车轮本体温度变化情况进行了检测,结果见图1;
对车轮工件按照常规工艺进行550℃~630℃的等温处理、830℃~850℃的淬火加热处理、200s±10s的踏面淬火冷却和540℃±10℃的回火处理。
等温处理后的车轮工件氢含量、组织状态参数定量结果见附表2,最终处理后的车轮工件机械性能见附表3。等温处理结束后的组织状态见图2。图3为对比例的车轮工件等温处理后的铁素体—珠光体金相组织显微状态图。
表中对比例是指现有技术获得的技术参数。
表2、本发明和对比例车轮工件等温处理后的氢含量和组织参数结果:
|
氢含量×10-6(质量) |
先共析铁素体量 |
珠光体片间距 |
实施例一 |
1.57 |
6.38% |
0.437μm |
实施例二 |
1.60 |
6.23% |
0.428μm |
对比例 |
1.91 |
4.73% |
0.327μm |
表3、本发明和对比例车轮工件轮辋最终处理后的机械性能结果:
|
Rm(N/mm2) |
A(%) |
Z(%) |
-20℃Akv(J) |
常温Aku(J) |
踏面下30mm断硬(HB) |
实施例一 |
1010 |
16.5 |
36 |
12.5 |
21 |
293 |
实施例二 |
1010 |
16.0 |
38 |
11.3 |
20 |
289 |
对比例 |
1020 |
15 |
28 |
8.1 |
15 |
290 |
实施例二:
高碳钢车轮制造方法的工艺过程及技术参数为:
将表1所示成分的C-Mn高碳钢车轮钢坯按照常规工艺加热至1270℃~1290℃;
随后通过常规高温锻压轧制成高碳钢车轮工件;
将工件空冷至A1点以下一定温度范围,红外测温仪检测到车轮轮辋表面温度为647℃,表明车轮本体已完成珠光体转变;
然后将高碳钢车轮工件放入等温炉内,加热至730℃~750℃,加热时间为40min,使车轮轮辋发生部分奥氏体转变;
随后将高碳钢车轮工件炉冷至600℃~630℃,使车轮轮辋在较高的温度条件下发生珠光体转变,采用内窥视式高温测温系统对车轮本体温度变化情况进行了检测,结果见图1;
然后对车轮工件按照常规工艺进行550℃~630℃的等温处理、830℃~850℃的淬火加热处理、200s±10s的踏面淬火冷却和540℃±10℃的回火处理。
等温处理后的车轮工件氢含量、组织状态参数定量结果见附表2,最终处理后的车轮工件机械性能见附表3。等温处理结束后的组织状态见图2。
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。