CN106167848A - 一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺 - Google Patents

一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，与现有技术相比，本发明利用热成型预热进行了完全退火，使得车轴获得了接近平衡态的显微组织，为车轴的后续热处理做好了组织上的准备：可以明显使车轴经过常规“两正一回”或“一正一回”热处理后的显微组织均匀、细小，车轴最终热处理后，在车轴的1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度级差可控制≤1.5级。90％的产品晶粒度级差可控制≤1.0级，使车轴的显微组织均匀、细小，避免因显微组织粗大而造成的超声波探伤不合格，提高车轴抗疲劳断裂性能。利用锻造余热进行热处理可节约能源、降低生产成本。

Description

一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理 工艺
技术领域
本发明涉及钢的热处理技术领域，尤其涉及一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺。
背景技术
目前国内铁路车辆车轴钢制造厂一般根据车轴轴型、尺寸来选择钢坯进行锻造，车轴锻造后一般在空气中冷却。中国行业标准TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》规定：车轴锻造后应冷却到500℃以下，方可进行下一步热处理。目前中碳或中碳低合金钢车轴常用的热处理工艺为两次正火和一次回火。
车轴在锻造时由于压缩比小、局部压缩比更小、表面与内部变形不均匀、在部分再结晶区有变形等原因锻坯上往往有混晶现象，局部有粗大的晶粒。这种粗大的晶粒具有组织遗传性，经过常用的两次正火和一次回火热处理工艺也难以消除。车轴热处理后常出现显微组织很不均匀现象、即混晶现象，有时按GB/T6394或ASTM E112标准检测(在车轴的1/2半径处取试样)，晶粒度级差可达2-4级。这种组织常会造成晶粒度不符合TB/T2945-1999标准要求(要求细于6级)、超声波探伤不合格(透声不良)，更为重要的是这种组织对车轴的的力学性能，尤其是疲劳性能是不利的，是车轴发生疲劳断裂的主要原因之一。
车轴是保证铁路车辆安全的重要部件，在铁路车辆运行过程中，车轴承受着弯曲力、扭转力、冲击力，并且长期在交变应力条件下使用，其受力情况很复杂。为了保证铁路车辆车轴钢的质量，尤其是防止车轴在使用中发生疲劳断裂，采用合理的适当的生产工艺使车轴得到均匀、细小的的显微组织形态至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路车辆车轴钢锻造余热在线完全退火工艺，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度级差可控制≤1.5级，90％的产品晶粒度级差可控制≤1.0级，使车轴的显微组织均匀、细小，避免因显微组织粗大而造成的超声波探伤不合格，提高车轴抗疲劳断裂性能。利用锻造余热进行热处理可节约能源、降低生产成本。
本发明提供的一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，包括以下步骤：
(1)控制终锻温度≥750℃，将锻造后的车轴趁热立即放入热处理炉中，进行完全退火；
(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。
进一步的，步骤(1)中车轴入炉车轴温度不低于热处理炉温度时，可不保温立即进行退火冷却，入炉车轴温度低于热处理炉温度时，应使车轴整体加热到热处理炉温度再进行退火冷却。
进一步的，步骤(1)中所述热处理炉温度是Ac3以上10℃～100℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上50℃～150℃，保温时间为2-5小时，第2次正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；步骤(3)中所述的回火的保温温度为450℃～600℃，保温时间为2-6小时。
进一步的，步骤(1)中所述热处理炉温度是Ac3以上30℃～50℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上90℃～120℃，第2次正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃。
进一步的，步骤(1)中所述热处理炉温度是770-850℃，入炉车轴温度不低于上述温度时，可不保温立即进行退火冷却，入炉车轴温度低于上述温度时，应使车轴整体加热到上述温度再进行退火冷却；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为770-850℃，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为830-890℃，第2次正火的保温温度为770-850℃。
进一步的，步骤(1)中所述热处理炉温度是790-820℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为790-820℃，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为850-870℃，第2次正火的保温温度为790-820℃。
优选的，步骤(1)车轴完全退火的冷却是以≤60℃/小时的速度随炉冷却至400℃及以下温度时出炉在空气中冷却。
优选的，步骤(2)中正火保温后车轴在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水雾加速冷却。
优选的，步骤(3)中保温温度为500-550℃，保温时间为3.5-4.5小时。
优选的，步骤(3)回火之后，车轴在加速流动的空气中冷却。
所述利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺还适用于轧制后的车轴利用余热进行预先完全退火的热处理工艺。
所述热处理方法适用于锻造或轧制的中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴的热处理，如LZ50、LZ45CrV、AAR F车轴的热处理。
本发明的技术方案利用热成型余热进行了完全退火，使得车轴获得了接近平衡态的显微组织，以减少粗大晶粒的组织遗传，为进一步的热处理做好组织上的准备。完全退火的保温后以≤60℃/小时较慢的速度随炉冷却有利于获得接近平衡态的显微组织。随炉冷却至400℃或℃以下温度时，相变已经基本完成，出炉在空气中冷却有利于在需要时缩短工序时间。
与现有技术相比，本发明的技术方案利用热成型预热进行了完全退火，使得车轴获得了接近平衡态的显微组织，为车轴的后续热处理做好了组织上的准备：(1)可以明显使车轴经过常规“两正一回”热处理后的显微组织均匀、细小，车轴最终热处理后，在车轴的1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度级差可控制≤1.5级，90％的产品晶粒度级差可控制≤1.0级。(2)利用锻造余热进行热处理可节约能源、降低生产成本。(3)可减少因出现粗晶组织造成的车轴晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预防因混晶造成的车轴疲劳断裂。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，包括以下步骤：
(1)铁路车辆车轴钢锻造时，终锻温度≥750℃，终锻后将车轴放入790±10℃的热处理炉中，进行完全退火，以30-40℃/h随炉冷至400℃以下出炉空冷。
(2)将步骤(1)完全退火后的车轴经过810℃±10℃正火，保温3-3.5小时。
(3)将步骤(1)正火后的车轴经过510℃±10℃回火，保温4-4.5小时。
实施例2-10，对比例1-3
实施例和2-10对比例1-3车轴的具体处理工艺及晶粒度、力学性能检验结果见表1。
实施例的其它质量检验结果均符合相应产品标准的要求。晶粒度试样在车轴的1/2半径处取试样，LZ50、LZ45CrV的晶粒度按GB/T6394标准检测，AAR F的晶粒度按ASTME112G标准检测。实施例1-10和对比例1-3车轴的晶粒度、力学性能检验结果见表1。
表1实施例1-10和对比例1-3车轴的晶粒度、力学性能检验结果
续上表
*终锻(轧)温度≥750℃。
**后续热处理正火保温时间均为3-3.5小时，回火保温时间均为4-4.5小时。
表2列出了用本发明的技术方案和现有技术方案热处理后晶粒度和超声波探伤检验结果的统计情况，钢种为LZ50，执行TB/T2945-1999。从表2可见，本发明的技术方案产品的的晶粒度和超声波探伤的不合格率明显低于现有技术方案产品的的晶粒度和超声波探伤不合格率，虽然不合格品经过重新热处理(有的重新处理了2次)后最终晶粒度和超声波探伤都合格了，但浪费了能源、增加了成本、延长了生产周期。
表2晶粒度和超声波探伤检验结果的统计情况
以上所述为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺包括以下步骤：
(1)控制终锻温度≥750℃，将锻造后的车轴趁热立即放入热处理炉中，进行完全退火；
(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。
2.根据权利要求1所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤(1)中车轴入炉车轴温度不低于热处理炉温度时，可不保温立即进行退火冷却，入炉车轴温度低于热处理炉温度时，应使车轴整体加热到热处理炉温度再进行退火冷却。
3.根据权利要求2所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤(1)中所述热处理炉温度是Ac3以上10℃～100℃；
步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；或，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上50℃～150℃，保温时间为2-5小时，第2次正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；
步骤(3)中所述的回火的保温温度为450℃～600℃，保温时间为2-6小时。
4.根据权利要求2所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤(1)中所述热处理炉温度是Ac3以上30℃～50℃；
步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上90℃～120℃，第2次正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃。
5.根据权利要求3或4所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤(1)中所述热处理炉温度是770-850℃，入炉车轴温度不低于上述温度时，可不保温立即进行退火冷却，入炉车轴温度低于上述温度时，应使车轴整体加热到上述温度再进行退火冷却；
步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为770-850℃，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为830-890℃，第2次正火的保温温度为770-850℃。
6.根据权利要求5所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，
步骤(1)中所述热处理炉温度是790-820℃；
步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为790-820℃，两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为850-870℃，第2次正火的保温温度为790-820℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤(1)车轴完全退火后冷却是以≤60℃/小时的速度随炉冷却至400℃及以下温度时出炉在空气中冷却。
8.根据权利要求1-7任一项所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中正火保温后车轴在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水雾加速冷却。
9.根据权利要求1-8任一项所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤(3)中保温温度为500-550℃，保温时间为3.5-4.5小时。
10.根据权利要求1-9任一项所述的利用锻造余热进行预先完全退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，步骤(3)回火之后，车轴在加速流动的空气中冷却。
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