CN103255283A - 改善cl60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，特征是将热加工直接淬火后的车轮踏面的CL60钢在810～850℃保温30min后马上放入水中冷却3～5s以形成大量索氏体晶核，然后在500～540℃的热处理炉中保温40min获得最终细索氏体组织，最后空冷至室温。本发明能有效减小索氏体团尺寸和层间距，改善层间距的均匀性，其产品具有强度塑性高、抗疲劳性能优异、使用寿命长等优点。本发明对提高CL60车轮钢线材的强塑性和疲劳寿命具有显著作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，属于结构钢的热处理工艺领域。
背景技术
目前为止，国内外使用的车轮钢大多以中高碳素钢为主，由于中高碳钢的淬透性较小，因此各国一般都选用冷却能力较强的水作为淬火介质。根据车轮冷却淬火方式的不同可分为三种淬火法：整体车轮淬火后回火、车轮踏面淬火后回火、立式车轮淬火后回火。我国采用最多的是车轮水平放在淬火台上，实施踏面喷水（浸水）的一种连续淬火热处理方式，这种方法适合大批量车轮生产。因此国内外大部分车轮生产厂家采用此种生产方法。碳钢在热处理过程中，根据其等温转变曲线和连续转变曲线，传统淬火共析钢往往在晶界生成较多的先共析铁素体组织，先共析素体强度低，硬度低，形成组织中的较软的区域，对碳钢的性能造成极大的影响，比如强度、塑性、疲劳强度等。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种索氏体组织层间距均匀、层间距小、强度塑性好、抗疲劳性能优异、使用寿命长的改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，以克服现有技术的不足。
基于改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能，尤其是减少晶间铁素体的形成，细化索氏体组织团尺寸和层间距，从而提高碳素钢车轮的强度塑性的思路，本发明是改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理方法，它是将热加工成型后的车轮踏面的CL60钢在810～850℃保温30min后马上放入水中冷却3～5s以形成大量索氏体晶核，然后在500～540℃的热处理炉中保温40min以获得最终细索氏体组织，最后空冷至室温。这样热处理后的组织为细小团尺寸和细化层间距的索氏体组织，而传统的直接淬火回火工艺得到的组织以珠光体为主，晶界分布少量的铁素体组织。经过新的热处理工艺处理，CL60钢的强度得到明显提高，塑性降低不明显。
作为本发明的进一步改进，前述的放入水中冷却3～5s的时候，直径大的车轮踏面在水中冷却保持的时间大于直径小的车轮踏面。
而且，车轮踏面在水中冷却3～5s时使其温度降低至低于索氏体化温度以提高过冷度，有利于获得大量的索氏体晶核。
作为一种优选方案，将热加工成型后的车轮踏面在830℃保温30min后马上放入水中冷却3～5s。即在810～850℃中优选最佳温度为830℃。
为达到较好的冷却效果，冷却3～5s后的CL60钢使其温度降低至低于索氏体化温度，该索氏体化温度为500℃，而所述的低于索氏体化温度的范围优选为300～480℃。
本发明从珠光体相变驱动力的角度出发，采用大过冷再等温方法，这样可以显著减少晶间铁素体的形成，细化索氏体组织团尺寸和层间距，从而提高碳素钢车轮的强度塑性，为显著增加车轮的强度、疲劳寿命提供了一条新的途径。本发明根据车轮的直径尺寸，先将车轮踏面加热到810～850℃以后保温，快速放入水中数秒以便保持获得大过冷度，再放入500℃以上的空气炉中保温完成索氏体化。大过冷可以使索氏体团形核率显著增加，500℃以上的等温使索氏体团核胚快速生长完成索氏体化，可获得93%以上的索氏体组织，最终完成钢丝的热处理。
经测试，采用本发明处理过的车轮踏面的索氏体组织细小均匀，CL60结构钢经过普通淬火热处理的力学性能为抗拉强度675MPa，屈服强度为400MPa，延伸率为12%，断面收缩率为35%，而经过本发明的工艺热处理后，抗拉强度可以达到1096MPa，屈服强度为910MPa，延伸率为11.2~14%，断面收缩率为28%~31%。
所以，本发明与现有技术相比，本发明能有效减小索氏体团尺寸和层间距，改善层间距的均匀性，其产品具有强度塑性高、抗疲劳性能优异、使用寿命长等优点。本发明对提高CL60车轮钢线材的强塑性和疲劳寿命具有显著作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例：CL60钢在830℃保温30min后马上放入水中冷却3～5s，然后在500℃的热处理炉中保温40min，最后空冷至室温。热处理后的组织为细小的索氏体组织，经过新工艺热处理后，CL60钢的抗拉强度可以达到1096MPa，屈服强度达到910MPa，延伸率为11.2～14%，断面收缩率为28%～31%。
当然，以上只是发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，其特征在于：将热加工成型后的CL60钢的车轮踏面在810～850℃保温30min后马上放入水中冷却3～5s以形成大量索氏体晶核，然后在500～540℃的热处理炉中保温40min获得最终细索氏体组织，最后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，其特征在于：所述放入水中冷却3～5s的时候，直径大的车轮踏面在水中冷却保持的时间大于直径小的车轮踏面。
3.根据权利要求1所述的改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，其特征在于：车轮踏面在水中冷却3～5s时使其温度降低至低于索氏体化温度以提高过冷度，有利于获得大量的索氏体晶核。
4.根据权利要求3所述的改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，其特征在于：所述车轮踏面在830℃保温30min后马上放入水中冷却3～5s。
5.根据权利要求3所述的改善CL60钢车轮踏面组织和力学性能的热处理工艺，其特征在于：所述低于索氏体化温度的范围为300～480℃。
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