CN102021301A - 一种高碳钢铁路车轮的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高碳钢车轮的热处理方法，在锻压轧制工序、等温工序之后，将车轮工件加热至830-850℃进行空冷正火处理；在随后的淬火加热时对辐板覆盖耐火材料进行保护，首先加热至710-740℃，保温90min，进行两相区退火，使碳化物发生部分球化，获得少量粒状珠光体组织，随后将车轮放入炉温为910-930℃保温炉内，保温40min后，进行淬火，最后在500±10℃回火处理。采用上述技术方案，可显著提高车轮辐板冲击韧性，有效降低车轮辐板强度，同时在确保高碳钢车轮轮辋强度、硬度不变的前提下明显提高冲击韧性及断裂韧性，以有效提高高碳钢车轮整体性能，保证产品的使用安全。
Description
技术领域
本发明属铁路用辗钢整体车轮热处理领域。
背景技术
从国内铁道客车车辆用车轮的标准演变过程看，1988年颁布实施了GB8601-88《铁路用辗钢整体车轮》，适用于我国铁路提速以前，运行速度≤80km/h的铁道客车车辆用车轮；1996颁布的TB/T2708-1996《铁路快速客车辗钢整体车轮技术条件》替代了GB8601-88，主要适用于我国铁路提速以后，运行速度≤160km/h的铁道客车车辆用车轮。这两个标准中常规CL60车轮钢的成分要求是一致的，但是TB/T2708-1996在要求保证轮辋塑性、辐板常温冲击韧性要求不变的前提下，断面硬度值由≥255HB提高到265-320HB；即将修订颁布的新TB中在要求保证轮辋强塑性、断面硬度要求不变的前提下又增加了轮辋-20℃低温冲击韧性的要求。而常规CL60钢车轮的室温组织状态为铁素体-珠光体，这种钢的显著特点是，强硬度的提高会导致冲击韧性的下降，从而降低车轮内部抗裂纹扩展能力，当车轮在服役过程中受到复杂的轮轨相互作用力的作用时，会对使用安全性能产生不利影响。
同时，在C≤0.77％的高碳钢车轮中随C含量的增加，由于组织中铁素体含量减少，韧性急剧下降，主要表现在辐板冲击韧性和轮辋断裂韧性的降低。从而降低了车轮内部抗裂纹生成和扩展能力，增加了车轮使用过程中的风险性。
因此，如何在保持高碳钢车轮轮辋强硬度性能指标不变的前提下，有效提高轮辋断裂韧性和车轮辐板的冲击韧性，是目前急需解决的一个重要问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，该热处理方法可以降低辐板强度，提高辐板冲击韧性，能够有效提高车轮轮辋强韧性匹配，通过改善辐板、轮辋的性能，从而提高车轮的整体性能，确保车轮服役使用安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，包括以下步骤：
A、将轧制成型的车轮加热至830-850℃，保温2-3h，然后出炉空冷；
B、对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火材料，加热至710-740℃，保温70-90min；
C、将车轮放入炉温910-930℃保温炉内快速加热升温，并保温30-40min；
D、对踏面淬火300±10s
E、加热至510±10℃进行回火。
步骤B中所述的耐火材料为耐火石棉。
所述高碳钢碳含量为0.55％-0.77％(质量百分比)。
首先将碳含量在0.55％-0.77％范围的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；在450-550℃进行缓冷去氢处理后，出炉冷却至室温；然后加热至830-850℃，保温2-3h，然后空冷，进行正火预处理；对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火材料进行保护加热至710-740℃并保温70-90min，确保辐板组织产生少量球状珠光体；然后将车轮放入炉温910-930℃保温炉内快速加热升温，并保温30-40min，由于辐板覆盖耐火石棉保温材料，可使辐板温度低于Ac3线，其少量球化珠光体组织得以保留，而轮辋在高温气氛下短时间内实现奥氏体化，且晶粒细小，此时对踏面淬火300±10s，可使轮辋获得较细的片状珠光体晶粒。最后再加热至510±10℃进行回火工序。
上述技术方案解决了本领域长期未能解决的技术难题，与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：
对于碳含量在0.55％-0.77％范围的高碳钢车轮，通过改变辐板珠光体组织状态，达到降低辐板强度，提高辐板冲击韧性指标的目的，一般可使辐板冲击功提高10-15J左右，使辐板强度降低60-100N/mm2左右；淬火时通过快速加热使轮辋温度上升至Ac3线上实现组织的奥实体化，由于快速加热减少奥氏体晶粒的长大时间，因此淬火后轮辋获得较细的片状珠光体晶粒，明显提高轮辋的各项性能指标，使轮辋达到较好的强韧性匹配，可使轮辋冲击韧性提高5J左右，断裂韧性提高10-15MPa.m1/2左右，大大改善了车轮的强韧性匹配，确保车轮服役的安全性，提高车轮的整体性能；该工艺可实现对辐板、轮辋同时处理，较以往轮辋、辐板分布处理工艺，简化了流程，提高了效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，包括以下步骤：
将表1所示成分的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1270℃加热；随后通过常规高温锻压轧制成直径为860mm车轮工件在450℃进行缓冷去氢处理后，出炉冷却至室温；然后加热至830℃，保温2h，然后空冷，进行正火预处理；对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火石棉进行保护加热至710℃并保温70min；将车轮放入炉温910℃的保温炉内快速加热升温并保温30min，完成淬火加热后对轮辋踏面淬火300±10s；最后加热至500±10℃回火处理。
实施例2
一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，包括以下步骤：
将表1所示成分的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1290℃加热；随后通过常规高温锻压轧制成直径为920mm车轮工件在550℃进行缓冷去氢处理后，出炉冷却至室温；然后加热至850℃，保温3h，然后空冷，进行正火预处理；对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火石棉进行保护加热740℃保温90min后，将车轮放入炉温930℃的保温炉内快速加热升温并保温40min，完成淬火加热后对轮辋踏面淬火300±10s；最后加热至500±10℃回火处理。
对比例1
化学成分同实施例1，其工艺为：1250℃轧制并在450℃进行缓冷去氢处理→加热860℃并保温4h后出炉淬火300s→500℃回火处理。
对比例2
化学成分同实施例2，工艺步骤同对比例1。
实施例1、实施例2、对比例1和对比例2车轮轮辋辐板最终处理后强硬度性能、韧性性能结果见表2和表3。
表1、实施例车轮化学成分(质量百分数)
| 实施实例 | C | Si | Mn | P | S | Fe |
| 1 | 0.58％ | 0.27％ | 0.71％ | 0.014％ | 0.003％ | 余量 |
| 2 | 0.70％ | 0.28％ | 0.80％ | 0.010％ | 0.001％ | 余量 |
表2、实施例和对比例车轮轮辋辐板最终处理后强硬度性能结果
表3、实施例和对比例车轮轮辋辐板最终处理后韧性性能结果
Claims (3)
1.一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，包括以下步骤：
A、将轧制成型的车轮加热至830-850℃，并保温2-3h，然后出炉空冷；
B、对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火材料，加热至710-740℃，保温70-90min；
C、将车轮放入炉温910-930℃保温炉内快速加热升温，并保温30-40min；
D、对踏面淬火300±10s
E、加热至510±10℃进行回火。
2.如权力要求1所述的热处理方法，其特征在于：步骤B中所述的耐火材料为耐火石棉。
3.根据权利要求1的车轮热处理方法，其特征是：所述高碳钢碳含量为0.55％-0.77％(质量百分比)。
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