CN105779719A - 车轴钢的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车轴钢的热处理工艺。车轴钢的热处理工艺包括以下步骤：(1)一次正火：温度840-880℃，保温时间3-5小时，然后冷却至500℃以下；(2)二次正火：温度800-840℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下；(3)回火：温度660-690℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。本发明还公开了一种车轴采用上述热处理工艺制备而成。本发明解决了现有41CrMo钢没有与之配合的热处理工艺的问题，使41CrMo钢在保证强度的同时，提高了车轴钢的韧性，使热处理得到的车轴的综合性能得到大幅提升。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术，尤其涉及一种车轴钢的热处理工艺。
背景技术
车轴是铁路货车的关键走行部件，其性能是保证车辆安全运行的必要条件，关乎国家铁路运输安全。目前各国的铁路货车车轴基本上都是采用上世纪90年代研制出LZ50钢车轴，而铁路货车的轴重已从原来的21t、25t升级到现在的35.7t，现有LZ50钢车轴的韧性(材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力)已经无法满足不断提速、重载铁路货车的需要。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述热处理工艺的问题，提出一种车轴钢的热处理工艺，以实现制备得到的车轴具有高强度和高韧性的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种车轴钢的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)一次正火：温度840-880℃，保温时间3-5小时，然后冷却至500℃以下；
(2)二次正火：温度800-840℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下；
(3)回火：温度660-690℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。
进一步地，所述一次正火：温度860-870℃，保温时间3-5小时，然后冷却500℃以下。
进一步地，所述二次正火：温度820-830℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下。
进一步地，所述回火：温度670-680℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。
进一步地，所述一次正火冷却速度为将车轴钢在40-60min冷却至500℃以下。
进一步地，所述二次正火冷却速度为将车轴钢在80-120min冷却至250℃以下。
进一步地，所述一次正火和二次正火的升温速度为2-10℃/min。
本发明的另一个目的还公开了一种车轴，采用上述热处理工艺制备而成。
本发明公开了一种车轴钢的热处理工艺，通过两次正火一次回火，得到了晶粒度均匀细化，且强度高、韧性高的41CrMo钢车轴，满足不断提速、重载铁路货车的需要。
具体实施方式
为满足不断革新的铁路货车的需要，研制了新型车轴用41CrMo钢，41CrMo钢的化学成分如表3所示。
表341CrMo钢的化学成分(余量为铁及其他不可避免的元素)
碳成分是影响钢材性能的重要元素，碳含量的增加虽然可以对钢材起到很好的强化作用，但却显著降低了钢材的韧性，为了提高铁路行车安全性，本发明车轴用钢适当降低了组分中的碳含量，并在降低碳含量的同时，通过合金化来提高车轴钢的强度。优选地，所述车轴钢中C0.38-0.41％。
在降低车轴钢组分中的碳含量的同时调低Si、Mn元素含量上限，可提高钢的韧性。优选地，所述车轴钢中Mn0.60-0.70％。本发明车轴钢包含0.90-1.2％的Cr，可增加车轴钢的淬透性，促使淬火及回火后的车轴截面上获得较均匀的组织，使其具有抗腐蚀抗氧化、抗酸、耐磨和耐疲劳的优点。
优选的，车轴钢中Cr1.0-1.1％，但在车轴钢中添加Cr元素会使车轴钢在250-450℃的回火脆性敏感性增强，即回火脆性转变温度上升的同时，韧性破断的冲击值和断裂韧性值下降，本发明通过回火后风冷，来消除回火脆性。通过向车轴钢中添加0.15-0.30％的Mo，可促使晶粒进一步细化，提高车轴钢的力学性能，优选的，所述车轴钢中Mo0.20-0.25％。增加Cr和Mo元素含量，有利于补充钢强度的下降，同时提高韧性和延展性。
本发明车轴钢包含0.10-0.25％的Ni，在提高钢强度的同时，可提高车轴钢的抗酸性和韧性，提高韧性的机理是使材料基体在低温下易于交叉滑移。
本发明车轴钢包含0.020-0.050％的Alt，和0.07-0.12％的V，可以避免因晶粒度粗化，车轴在正火时出现粗晶组织的质量问题，使钢中形成足够细小弥散分布的难熔化合物-ALN(氮化铝)，和细小、弥散的碳、氮化物V(C、N)一起阻止奥氏体晶粒长大，本发明车轴钢晶粒度级别＞6级，比LZ50钢晶粒度水平高1-2级。对Al元素含量控制的加严，保证了钢水的脱氧量，同时保证了钢水中适量的氮化铝，细化晶粒的同时又不影响钢的韧性。V元素的添加还可提高钢的强度和韧性。
添加并控制Cr、Cu、Mo元素的含量，能提高钢的耐磨性和耐腐蚀性。降低P、S含量，为使车轴具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用41CrMo钢和车轴成形工艺外，合理的热处理工艺也是必不可少的。钢的热处理工艺是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构，来控制其性能的一种金属热加工工艺。
本发明提供了一种车轴钢的热处理工艺，具体的提供了一种车轴41CrMo钢的热处理工艺，包括以下步骤：
首先将41CrMo钢锻压成型，然后依次对锻压成型的钢件进行一次正火、二次正火和一次回火；
一次正火：将车轴钢在温度840-880℃，保温3-5小时，然后冷却至500℃以下；优选的，所述一次正火：将车轴钢在温度860-870℃，保温3-5小时，然后冷却至500℃以下；上述一次正火冷却速度为将车轴钢在40-60min冷却至500℃以下，以使车轴钢快速的冷却至奥氏体以下，利于晶粒细化和碳化物分布均匀化。该冷却时间可根据车轴的粗细进行调节。在钢件受热均匀的前提下，为了缩短车轴钢的热处理周期，本发明中一次正火的升温速度为4℃/min。
二次正火：将车轴钢在温度800-840℃，保温3-5小时，然后冷却至250℃以下；优选的，所述二次正火：将车轴钢在温度820-830℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下；上述二次正火冷却速度为将车轴钢在80-120min冷却至250℃以下，该冷却时间也可根据车轴的粗细进行调节。
在钢件受热均匀的前提下，为了缩短车轴钢的热处理周期，本发明中二次正火的升温速度为4℃/min。本发明车轴采用两次正火原因：锻造产品由于锻造加热温度过高，且一般不进行精确控制，因此锻造后锻件中的组织和晶粒度是非常不均匀的，通过第一次正火，调整锻造的组织和晶粒度，使其均匀化，之后采用温度稍低于一次正火的温度进行二次正火，以进一步提高锻件的性能。
回火：将车轴钢在温度660-690℃，保温3-5小时，然后冷却至室温。优选的所述回火：将车轴钢在温度670-680℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。
还可以理解，上述冷却可以采用空冷、水冷、喷雾冷却或其他常规冷却方式。
Claims (7)
1.一种车轴钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)一次正火：温度840-880℃，保温时间3-5小时，然后冷却至500℃以下；
(2)二次正火：温度800-840℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下；
(3)回火：温度660-690℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述车轴钢的热处理工艺，其特征在于，所述一次正火温度860-870℃，保温时间3-5小时，然后冷却500℃以下。
3.根据权利要求1所述车轴钢的热处理工艺，其特征在于，所述二次正火温度820-830℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下。
4.根据权利要求1所述车轴钢的热处理工艺，其特征在于，所述回火温度670-680℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。
5.根据权利要求1所述车轴钢的热处理工艺，其特征在于，所述一次正火冷却速度为：将车轴钢在40-60min冷却至500℃以下。
6.根据权利要求1所述车轴钢的热处理工艺，其特征在于，所述二次正火冷却速度为：将车轴钢在80-120min冷却至250℃以下。
7.根据权利要求1所述车轴钢的热处理工艺，其特征在于，所述一次正火和二次正火的升温速度为2-10℃/min。
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2014
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| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160720 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |