CN104404224A

CN104404224A - Ea1n材质城轨车轴的热处理工艺方法

Info

Publication number: CN104404224A
Application number: CN201410566631.XA
Authority: CN
Inventors: 付祥; 焦辉; 武永亮; 江锐锋; 左云清; 刘涛; 鄢卓明; 雷朝阳; 宋仲明; 王晓彬
Original assignee: CSR Yangtze Co Ltd
Current assignee: CRRC Yangtze Co Ltd
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-03-11

Abstract

本发明公开了一种EA1N材质城轨车轴的热处理工艺方法；包括两次正火和一次回火步骤，其中一次正火的保温温度为850～880℃，保温时间为3～4h；二次正火温度为810～820℃，保温时间为3～4h；所述钢种中C的含量为0.32～0.40％，Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Mo、Ni、V的含量上限分别为0.50、1.20、0.020、0.020、0.30、0.30、0.08、0.30、0.06，其他为Fe和不可避免杂质。本发明通过第一次正火使车轴的奥氏体均匀化，消除材料的组织和成分偏析，得到均匀的组织形态；通过第二次正火使车轴在此温度奥氏体化时，形成细小的奥氏体晶粒，车轴冷却后得到细小的铁素体和珠光体组织，从而达到较高的强度和韧性。

Description

EA1N材质城轨车轴的热处理工艺方法

技术领域

本发明属于钢铁热处理技术领域，具体指一种EA1N材质城轨车轴的热处理工艺方法。

背景技术

随着我国城镇化的推进，城市的轨道交通也得到了大力的发展，依据“2012中国城市轨道交通高层论坛”资料，从2006年至2010年，每年新增城市轨道交通运营里程177公里，2011年，中国内地城市新增轨道交通运营里程283公里。目前，全国已有14座城市开通运营轨道交通，中国内地城市轨道交通运营里程2011年底为1630公里。通过十几年的发展，中国内地城市轨道交通已进入快速发展阶段。

2012年9月6日国家发改委批复了全国多个城市的轨道交通建设规划，总投资规模预计超过8000亿。预计到“十二五”规划末期，中国内地城市轨道交通运营里程将增长至3000公里左右。未来十年，中国内地城市轨道交通建设投资有望超过3万亿元人民币。

因此，在今后的十几年内，必将大大增加城轨车辆和车轴的需求。我国目前有多家地铁和城轨整车制造厂，主要采用的是阿尔斯通、西门子、庞巴迪等公司的技术体系，产品及质量体系基本采用欧洲标准，EA1N材质车轴采用的是欧洲EN13261标准。

该材质是一种优质碳素钢，其化学成分主要为C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Mo、Ni、V，各成分上限要求分别为0.40、0.50、1.20、0.020、0.020、0.30、0.30、0.08、0.30、0.06，车轴二分之一半径处的拉伸性能参数分别为ReH≥320N/mm²，Rm为550～650N/mm²，A₅≥22％。车轴二分之一半径部位20℃时纵向的冲击平均值KU≥30J，车轴二分之一半径部位20℃时横向的冲击平均值KU≥25J，金相组织为F+P，晶粒度≥5级。车轴表面的力学性能指标为车轴二分之一半径处的0.95倍；车轴心部的力学性能指标为车轴二分之一半径处的0.8倍。

目前，国内生产的EA1N城轨车轴采用正火+回火处理，具体热处理工艺是车轴在840℃保温3～4小时出炉风冷，然后经540℃保温2.5～3.5小时出炉空冷。EA1N车轴经过处理后，其力学性能、金相组织、晶粒度及疲劳强度基本可以满足EN13261标准的要求，但多数车轴的屈服强度为340N/mm²左右，晶粒度5至6级，数值偏低，有时出现不达标的状况，需进行重新热处理，造成电能的浪费，成本增加，效率下降，车轴重新热处理3次不合格则作报废处理，一炉车轴报废造成60万左右的损失，为此，开展EA1N材质城轨车轴热处理工艺的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种EA1N材质城轨车轴的热处理工艺方法，以生产满足EN13261标准要求生产出满足欧洲EN13261标准的EA1N材质城轨车轴，提高车轴热处理的一次合格率，降低生产成本，创造好的经济效益。

为解决上述技术问题，本发明所设计的技术方案依次包括两次正火和一次回火步骤，其中一次正火的保温温度为850～880℃，保温时间为3～4h；二次正火温度为810～820℃，保温时间为3～4h；所述钢种中C的含量为0.32～0.40％，Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Mo、Ni、V的含量上限分别为0.50、1.20、0.020、0.020、0.30、0.30、0.08、0.30、0.06，其他为Fe和不可避免杂质。

进一步地，所述钢种中C的含量为0.32～0.34％时，一次正火的保温温度为870～880℃；所述钢种中C的含量为0.34～0.37％时，一次正火的保温温度为860～870℃；所述钢种中C的含量为0.37～0.40％时，一次正火的保温温度为850～860℃。

现有技术中车轴热处理工艺为正火+回火处理，钢坯在正火过程后得到珠光体和铁素体组织，晶粒可以细化到晶粒度5至6级，但车轴的屈服强度偏低。本发明采用增加一次正火处理即两次正火+回火处理的新工艺进行热处理，两次正火的保温温度不同，其目的和作用也不一样，其中，第一次正火的温度高，高出A_C350～80℃(经计算EA1N的A_C3为800℃)，其作用主要是使车轴的奥氏体均匀化，消除材料的组织和成分偏析，得到均匀的组织形态，为第二次正火做好组织准备，第二次正火的温度低，高出A_C310～20℃，使车轴在此温度奥氏体化时，形成细小的奥氏体晶粒，车轴冷却后得到细小的铁素体和珠光体组织，从而达到较高的强度和韧性。

附图说明

图1为原始钢坯的金相图。

图2为现有技术热处理工艺处理后的车轴金相图。

图3为本发明实施例2热处理工艺处理后的车轴金相图。

图4为本发明实施例2热处理工艺曲线图。

具体实施方式

以下结合附图具体实施对本发明作进一步详细的说明。

本发明具体实施方式中的装备和热处理工艺分别如下：

1、装备：

热处理工艺装备为悬挂链式热处理生产线。

2、热处理工艺：

1)第一次正火温度为850～880℃，保温3～4小时后出炉风冷，风冷到500℃以下进行第二次正火；

2)第二次正火温度为810～820℃，保温3～4小时后出炉风冷，风冷到250℃以下进行回火；

3)为回火温度540℃，保温2.5～3.5小时出炉空冷。

在各具体实施例中，钢坯中C的含量为0.32～0.40％，Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Mo、Ni、V的含量上限分别为0.50、1.20、0.020、0.020、0.30、0.30、0.08、0.30、0.06，其他为Fe和不可避免杂质。其中C的含量不同，第一次正火温度有所不同，各具体实施例的热处理工艺参数见表1。

表1 实施例1～3的热处理工艺

对本发明实施例2热处理工艺生产出的EA1N车轴进行检测，各相关检测数据如下：

屈服强度：

车轴二分之一半径处：382N/mm²(标准≥320N/mm²)，

车轴表面：370N/mm²(标准≥304N/mm²)，

车轴心部：380N/mm²(标准≥256N/mm²)；

抗拉强度：

车轴二分之一半径处：620N/mm²(标准550～650N/mm²)，

车轴表面：588N/mm²(标准523～650N/mm²)，

车轴心部：575N/mm²(标准440～650N/mm²)；

延伸率：

车轴二分之一半径处：33％(标准≥22％)，

车轴表面：31％(标准≥21％)，

车轴心部：33％(标准≥18％)；

冲击功(20℃)：

车轴二分之一半径处(纵向)：48J、51J、50J(标准≥30J)，

车轴表面(纵向)：47J、46J、50J(标准≥29J)，

车轴心部(纵向)：50J、50J、47J(标准≥24J)，

车轴二分之一半径处(横向)：41J、43J、42J(标准≥25J)，

车轴表面(横向)：45J、43J、45J(标准≥24J)，

车轴心部(横向)：45J、47J、48J(标准≥20J)；

疲劳实验：经青岛四方车辆研究所对车轴轴身和轮座部位进行检测，达到EA13261-2003标准的要求。

残余应力：经中国科学院金属研究所检测，达到EA13261-2003标准的要求。

晶粒度：

车轴二分之一半径处：7-8级(标准≥5级)，

车轴表面：7-8级(标准≥5级)，

车轴心部：7级(标准≥5级)；

主要参数与原工艺比较如下：

原工艺：屈服强度340N/mm²，晶粒度5至6级，热处理一次合格率为78％；

本发明：屈服强度370N/mm²，晶粒度7至8级，热处理一次合格率为98％。

即本发明相对于原工艺取得了较好的结果，性能指标和热处理一次合格率得到显著的提高。

Claims

1.一种EA1N材质城轨车轴的热处理工艺方法，其特征在于：该方法包括两次正火和一次回火步骤，其中一次正火的保温温度为850～880℃，保温时间为3～4h；二次正火温度为810～820℃，保温时间为3～4h；所述钢种中C的含量为0.32～0.40％，Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Mo、Ni、V的含量上限分别为0.50、1.20、0.020、0.020、0.30、0.30、0.08、0.30、0.06，其他为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的EA1N材质城轨车轴的热处理工艺方法，其特征在于：所述钢种中C的含量为0.32～0.34％时，一次正火的保温温度为870～880℃；所述钢种中C的含量为0.34～0.37％时，一次正火的保温温度为860～870℃；所述钢种中C的含量为0.37～0.40％时，一次正火的保温温度为850～860℃。