CN114574672B - 一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮 - Google Patents

一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮 Download PDF

Info

Publication number
CN114574672B
CN114574672B CN202210336593.3A CN202210336593A CN114574672B CN 114574672 B CN114574672 B CN 114574672B CN 202210336593 A CN202210336593 A CN 202210336593A CN 114574672 B CN114574672 B CN 114574672B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
heating
furnace
wheels
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210336593.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114574672A (zh
Inventor
江波
姚三成
钟斌
万志健
毛亚男
高伟
邹强
于文坛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maanshan Iron and Steel Co Ltd filed Critical Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN202210336593.3A priority Critical patent/CN114574672B/zh
Publication of CN114574672A publication Critical patent/CN114574672A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114574672B publication Critical patent/CN114574672B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D3/00—Diffusion processes for extraction of non-metals; Furnaces therefor
    • C21D3/02—Extraction of non-metals
    • C21D3/06—Extraction of hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/34—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tyres; for rims
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009—Pearlite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮，所述热加工方法包括以下步骤：钢坯加热、锻轧，将锻轧得到毛坯车轮经辊道链板床直接转运至热处理加热炉进行加热，将加热后的车轮运至淬火台进行踏面喷水冷却，将淬火后的车轮通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理；该方法将锻轧工序与热处理工序密切衔接，使锻轧、热处理工序均发挥防白点作用，该方法的生产效率高、能耗小，且生产得到的车轮防白点可靠性高、经济性好。

Description

一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮
技术领域
本发明属于铁路车轮制备技术领域，具体涉及一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮。
背景技术
车轮是铁路机车、车辆的关键零部件，在服役过程中承受复杂的热-机械载荷，产生程度不同、机制各异的多种损伤。其中，氢脆白点可能导致车轮整体裂损而引发重大行车事故，是不允许存在的缺陷。在车轮质量控制环节中必须确保防白点的可靠性。
白点是一种钢材制造过程中产生的氢致裂纹，在锻造、轧制或热处理加热后的冷却过程中，由于氢的溶解度降低，晶格中过饱和的氢原子来不及扩散逸出，在某些不连续处缺陷(即氢陷阱，如夹杂物、微孔隙等)被捕获结合成分子氢，产生的内压超过钢的断裂强度就导致白点的萌生、发展。氢含量是产生白点的必要条件，钢的洁净度、冷却过程中的内应力(相变应力，热应力等)是产生白点的重要影响因素。氢陷阱数量决定氢分布的均匀性、氢陷阱内的氢浓度，因此，提高洁净度使白点敏感性降低。然而，尽管采用先进的炉外精炼、真空脱气工艺可将钢水中氢含量控制在很低水平，白点问题仍不容忽视。国内外均发生过多次氢含量低于2.0ppm条件下车轮产生白点，导致服役过程中整体裂损的事故。当内应力为拉应力时，产生应力诱导扩散作用，促成氢的不均匀分布，并与氢气压相叠加，增大白点裂纹萌生、扩展的驱动力。
防白点处理在锻、轧后进行，工艺主要有两种：临界温度A1以下等温处理或缓冷处理，均基于氢在高温奥氏体中溶解度高、扩散系数也高，而在铁素体中溶解度低、扩散系数却大的行为特点。
铁路车轮终轧温度在1050℃以上，采用等温处理工艺，由于车轮质量、尺寸大，终轧后进入550～650℃的等温退火炉，整体到达目标等温温度的时间较长，等温处理过程中，截面大的轮辋、轮毂存在温度梯度以及内部温度处于奥氏体、两相区的时间较长，会使氢向内迁移而使内部氢浓度升高，车轮整体到达目标等温温度后，先要有氢从高浓度区向周边扩散的过程，再有氢向外扩散的过程，为此，通常需要5～6h的等温处理时间。采用无热源的缓冷处理工艺，截面大的轮辋、轮毂固态相变由外至内渐次进行，且长时间存在温度梯度，在氢扩散系数高的A1～400℃范围，氢向外扩散始终存在障碍，主要作用是改善内部高温区氢的分布均匀性。因此，缓冷处理主要优点是不消耗能源，但效果不及等温处理，且处理时间更长，长达8～10h。
因此，无论是等温处理还是缓冷处理，均极大降低车轮生产效率，且因锻轧-热处理工序无衔接，锻轧余热不能为热处理所用，不符合绿色生产的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效经济型铁路车轮热加工方法，该方法将锻轧工序与热处理工序密切衔接，使锻轧、热处理工序均发挥防白点作用，该方法的生产效率高、能耗小，且生产得到的车轮防白点可靠性高、经济性好。
本发明还提供了一种铁路车轮，采用本发明所述热加工方法进行生产，其金相组织为铁素体-珠光体，综合力学性能优良，车轮内部无白点、发裂或氢致裂纹。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种高效经济型铁路车轮热加工方法，包括以下步骤：
(1)钢坯加热；
(2)锻轧；
(3)将锻轧得到毛坯车轮经辊道链板床直接转运至热处理加热炉进行加热；
(4)将加热后的车轮运至淬火台进行踏面喷水冷却；
(5)将淬火后的车轮通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理。
步骤(1)中，加热均温温度为1270±20℃，总加热时间为4～6h。
步骤(3)中，控制毛坯车轮在辊道链板床上的传输时间为30～50min。
步骤(3)中，对于直径Φ＜900mm的车轮，控制其在辊道链板床上的传输时间为30～35min；对于直径900≤Φ＜1000mm的车轮，控制其在辊道链板床上的传输时间为35～40min；对于直径Φ≥1000mm车轮，控制其在辊道链板床的传输时间为40～50min。
步骤(3)中，毛坯车轮装入热处理加热炉时车轮上温度最高的部位在轮毂心部，其最高温度在600℃以上，但低于Ar1临界点，以保证在辊道链板床上的空冷传输过程中车轮整体完成铁素体-珠光体转变。
步骤(3)中，加热炉预热段的温度为(T均-170)～(T均-150)℃；加热I段的温度为(T均-120)～(T均-100)℃；均热段的温度为840≤T均≤910℃，均热时间为1～1.5h。本发明在预热段和加热初期，可实现不加热或少加热，且总热处理加热时间相对于传统方法缩短30～60min，可显著降低热处理能耗，释放产能，提高生产效率。
步骤(4)中，踏面喷水冷却200～500s，对于直径Φ＜900mm且轮辋厚度B＜75mm的车轮，控制喷水时长200～300s；对于直径900≤Φ＜1000mm且轮辋厚度75≤B＜85mm的车轮，控制喷水时长300～400s；对于直径Φ≥1000mm且轮辋厚度B≥85mm的车轮，控制喷水时长400～500s。
步骤(5)中，冷却结束后的车轮经辊道链板床传输5～8min至回火炉入炉口，在该过程中轮辋心部，即白点易形成区域的温度小幅回升，稳定于400～500℃装入回火炉。回火的温度为460～530℃，在该温度范围内不会降低珠光体型车轮的强度及氢的扩散系数，当温度高于530℃会改变珠光体形态而降低强度；当温度低于460℃虽然氢的溶解度降低但氢的扩散系数也会显著降低，氢均匀化受影响更大；回火时间≥4h，保证氢的充分均匀化；回火结束后出炉空冷。
本发明还提供了一种铁路车轮，采用上述热加工方法进行生产，所述铁路车轮包括以下重量百分比的化学成分：C 0.50-0.80％、Si 0.20-1.50％、Mn0.70-0.90％、Cr0.10-0.30％、Ni≤0.10％、Mo≤0.10％、V≤0.15％、Als≤0.30％、P﹤0.01％、S﹤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述车轮的金相组织为铁素体-珠光体，内部无白点、发裂或氢致裂纹。
本发明采用钢坯加热-锻轧→空冷→热处理加热-淬火-回火的流程进行铁路车轮的热加工生产，在为车轮钢钢坯加热过程中，由表至里存在负温度梯度，诱导内部氢向外扩散，在1270±20℃均热过程中，因氢扩散系数大，会促进氢的均匀化分布，这种状态如能很好保持下去，会为后续去氢处理提供良好条件。
本发明在车轮锻轧后在辊道链板床将车轮运送至热处理加热炉的过程中进行空冷处理，空冷时间控制在30～50min，这样的时间内车轮可整体完成铁素体-珠光体转变，使车轮经热处理加热而重新奥氏体化，确保车轮力学性能不受影响，锻轧后均匀化的氢分布状态不会明显变化。同时，车轮以高温状态即轮毂心部的最高温度在600℃～Ar1进入热处理加热炉，可缩短热处理加热总时间和/或在预热段、加热初期实现不加热或少加热而使能耗降低，并使车轮更快达到均温状态，从而使氢分布进一步均匀化。
车轮完成铁素体-珠光体转变的淬火过程仅需数分钟时间，热处理加热后均匀化的氢分布状态不会明显变化，紧接着在既不明显影响强度、氢又具有高扩散系数的温度区间进行回火处理。控制车轮淬火时间，使轮辋心部淬火后温度处于400℃以上，进入回火炉后能很快均温，加之车轮整体为氢扩散系数高、溶解度低的铁素体-珠光体组织，使整个回火工序成为有效的扩散去氢过程。
本发明基于白点产生机理与车轮钢相变特性，改变了锻压、热处理工序的衔接关系。根据车轮钢过冷奥氏体相变特性，用锻轧后空冷取代常规的锻轧后缓冷或等温处理，将整体完成铁素体-珠光体转变后的车轮带热进入热处理加热炉，一是在热处理加热过程中经历奥氏体重结晶形核，而不影响车轮的力学性能；二是车轮温度条件好(轮毂心部最高温度在600℃以上，但低于Ar1临界点)，通过加热进程段区温度的控制优化或在温度制度不变的条件下缩短加热时间，而降低重新奥氏体化进程所需能耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)在保证不产生白点和不影响力学性能的前提下，取消锻轧后的长时间缓冷或等温处理，不仅优化了车轮热加工流程，释放了产能，提高热处理生产效率21％以上，还充分利用了热加工余热，使车轮带热入热处理加热炉，减少热处理加热过程的能耗12％以上；
2)取消离线缓冷或等温处理，紧密衔接锻轧与热处理工序，有利于改善现场生产管理，优化岗位配置，大幅降低工人作业强度；
3)充分利用锻轧余热，实现在线热送热装，显著较少热处理过程能耗，有利于减少温室气体的排放，助力“双碳”目标的实现，符合“绿色发展·智慧制造”经营理念；
4)工艺流程简单易行，便于工业化生产，该方法在现有条件基础上，通过“锻轧→热处理”的产线直连互通改造，即可实现。
附图说明
图1中的标记1为本发明热加工流程，采用锻轧后直连热处理，视车轮规格大小，在空气中传输30～50min完成铁素体-珠光体相变，充分利用锻轧余热入热处理加热炉进行加热；标记2为现行热加工流程，节奏中断、效率低、过程能耗大；
图2为实施例1车轮轮辋心部的显微组织；
图3为实施例1车轮轮毂心部的显微组织；
图4为实施例1车轮淬火及淬火结束后经辊道链板床传输至回火炉入炉口过程中轮辋不同深处的温度变化；
图5为实施例3车轮轮辋心部的显微组织；
图6为实施例3车轮轮毂心部的显微组织；
图7为实施例5车轮轮辋心部的显微组织；
图8为实施例5车轮轮毂心部的显微组织。
具体实施方式
结合附图1～8及实施例1～5对本发明作详细描述。
实施例1
实施例1车轮为城轨地铁车轮，毛坯直径Φ860mm，轮辋厚度B67mm，其化学成分见表1。按照本发明所述的技术方案进行生产，详细步骤如下：
根据设计要求下料，将钢坯加热至1280℃，总加热时间265min，出炉，经锻压、轧制、压弯成形后得到毛坯车轮，如图1所示，由长度175m的辊道链板床，调节好传输速度，经33min直接转运至热处理加热炉入炉口，用机械手夹装入炉，采用步进式加热方式，均热段温度设置为850℃，均热段时间设置为60min，但将预热段和加热Ⅰ段的温度设置得更低，其余各段区的控制温度与对比例1保持一致，其目的是基于加热炉的温度控制原理，在预热段和加热初期，实现不加热或少加热，从而降低加热能源消耗。本实施例预热段和加热Ⅰ段的温度分别设为690℃、740℃，较对比例1中的温度设置低60～70℃，加热Ⅱ段、Ⅲ段的温度分别设置为835℃、850℃。同时，在保证热处理加热-冷却节奏衔接有序的前提下，总热处理加热时间设置为135min，相对于对比例1缩减了30min，目的是进一步降低热处理能耗，释放产能，提高生产效率。加热结束后，出炉，由机械手取出运至淬火台进行踏面喷水冷却，喷水冷却时间270s。冷却结束后，车轮经辊道链板床传输6min至回火炉入炉口，此时，如图4所示，轮辋心部温度稳定处于400～450℃，装炉进行回火处理，回火温度490±10℃，回火时间270min，进入回火炉后车轮整体能很快均温，并进行充分的氢扩散和均匀化。
车轮锻轧阶段温度高，氢因扩散系数大而分布均匀，在锻轧后的空冷阶段车轮整体完成铁素体-珠光体转变所需时间不长，所占总热加工流程的时间占比小，锻轧过程的氢均匀化分布状态不受明显影响，热装热处理加热炉后可更快均热，能进一步促进氢均匀化分布，车轮淬火时间数分钟，不仅不明显影响锻轧、热处理加热共同贡献的氢均匀化分布状态，还为后续回火提供了最有利于扩散去氢的预备组织状态，而回火工序因氢扩散系数高、溶解度低成为有效的扩散去氢过程。
本实施例基于白点产生机理与车轮钢相变特性，根据车轮钢过冷奥氏体相变特性，用锻轧后空冷取代常规的锻轧后缓冷或等温处理，整体完成铁素体-珠光体转变后的车轮带热进入热处理加热炉，一是在热处理加热过程中经历奥氏体重结晶形核，而不影响车轮的力学性能；二是车轮温度条件好(轮毂心部最高温度在600℃以上，但低于Ar1临界点)，通过加热进程段区温度的控制优化或在温度制度不变的条件下缩短加热时间，而降低重新奥氏体化进程所需能耗。
本实施例通过改变锻压、热处理工序的衔接关系，使整个车轮热加工过程处于氢扩散系数高的温度区间，促进氢在车轮中的均匀化分布和氢含量的降低，既能提高防白点可靠性，又能提高生产效率、降低生产成本。
对比例1
对比例1车轮为城轨地铁车轮，毛坯直径Φ860mm，轮辋厚度B67mm，其化学成分见表1。采用与实施例1相同的加热、锻轧工艺，锻轧后7块成垛吊运至如图1所示的缓冷区进行长达8h的缓冷处理，缓冷结束后车轮整体温度在200～300℃，再吊运至热处理区，采用步进式热处理加热方式，均热段温度设置为850℃，预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段、加热Ⅲ段的温度分别设置为760℃、800℃、835℃、850℃，总加热时间165min。加热结束后，出炉喷水冷却270s，再经机械手通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理。
表1实施例1～5、对比例1～5车轮的化学成分(质量分数，wt％)
Figure BDA0003574547040000081
Figure BDA0003574547040000091
表2实施例1～5、对比例1～5车轮的力学性能
Figure BDA0003574547040000092
表3实施例1～5、对比例1～5车轮的其它指标
Figure BDA0003574547040000093
Figure BDA0003574547040000101
实施例2
实施例2车轮为快速客车车轮，毛坯直径Φ945mm，轮辋厚度B80mm，其化学成分见表1。按照本发明所述的技术方案进行生产，详细步骤如下：根据设计要求下料，将钢坯加热至1290℃，总加热时间285min，出炉，经锻压、轧制、压弯成形后得到毛坯车轮，如图1所示，由长度175m的辊道链板床，调节好传输速度，经37min直接转运至热处理加热炉入炉口，用机械手夹装入炉。采用步进式加热方式，均热段温度设置为870℃，均热段时间设置为70min，但将预热段和加热Ⅰ段的温度设置得更低，其余各段区的控制温度与对比例2保持一致。本实施例预热段和加热Ⅰ段的温度分别设为710℃、760℃，较对比例2中的温度设置低60～70℃，加热Ⅱ段、Ⅲ段的温度分别设置为855℃、870℃。同时，在保证热处理加热-冷却节奏衔接有序的前提下，总热处理加热时间设置为150min，较对比例2中的加热时间缩减了30min。加热结束后，出炉，由机械手取出运至淬火台进行踏面喷水冷却，喷水冷却时间320s。冷却结束后，车轮经辊道链板床传输6min至回火炉入炉口，此时轮辋心部温度稳定处于400～450℃，装炉进行回火处理，回火温度480±10℃，回火时间240min，进入回火炉后车轮整体能很快均温，并进行充分的氢扩散和均匀化。
对比例2
对比例2车轮为快速客车车轮，毛坯直径Φ945mm，轮辋厚度B80mm，其化学成分见表1。采用与实施例2相同的加热、锻轧工艺，锻轧后6块成垛吊运至如图1所示的缓冷区进行长达9h的缓冷处理，再吊运至热处理区，采用步进式热处理加热方式，均热段温度设置为870℃，预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段、加热Ⅲ段的温度分别设置为780℃、820℃、855℃、870℃，总加热时间180min。加热结束后，出炉喷水冷却320s，再经机械手通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理。
实施例3
实施例3车轮为重载货车车轮，毛坯直径Φ997mm，轮辋厚度B84mm，其化学成分见表1。按照本发明所述的技术方案进行生产，详细步骤如下：根据设计要求下料，将钢坯加热至1260℃，总加热时间270min，出炉，经锻压、轧制、压弯成形后得到毛坯车轮，如图1所示，由长度175m的辊道链板床，调节好传输速度，经40min直接转运至热处理加热炉入炉口，用机械手夹装入炉。采用步进式加热方式，均热段温度设置为870℃，均热段时间设置为75min，但将预热段和加热Ⅰ段的温度设置得更低，其余各段区的控制温度与对比例3保持一致。本实施例预热段和加热Ⅰ段的温度分别设为710℃、760℃，较对比例3中的温度设置低60～70℃，加热Ⅱ段、Ⅲ段的温度分别设置为855℃、870℃。同时，在保证热处理加热-冷却节奏衔接有序的前提下，总热处理加热时间设置为150min，较对比例3中的加热时间缩减45min。加热结束后，出炉，由机械手取出运至淬火台进行踏面喷水冷却，喷水冷却时间400s。冷却结束后，车轮经辊道链板床传输6min至回火炉入炉口，此时轮辋心部温度稳定处于420～460℃，装炉进行回火处理，回火温度500±10℃，回火时间280min，进入回火炉后车轮整体能很快均温，并进行充分的氢扩散和均匀化。
对比例3
对比例3车轮为重载货车车轮，毛坯直径Φ997mm，轮辋厚度B84mm，其化学成分见表1。采用与实施例3相同的加热、锻轧工艺，锻轧后6块成垛吊运至如图1所示的缓冷区进行长达9.5h的缓冷处理，再吊运至热处理区，采用步进式热处理加热方式，均热段温度设置为870℃，预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段、加热Ⅲ段的温度分别设置为780℃、820℃、855℃、870℃，总加热时间195min。加热结束后，出炉喷水冷却400s，再经机械手通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理。
实施例4
实施例4车轮为出口机车车轮，毛坯直径Φ1115mm，轮辋厚度B99mm，其化学成分见表1。按照本发明所述的技术方案进行生产，详细步骤如下：根据设计要求下料，将钢坯加热至1260℃，总加热时间5h，出炉，经锻压、轧制、压弯成形后得到毛坯车轮，如图1所示，由长度175m的辊道链板床，调节好传输速度，经45min直接转运至热处理加热炉入炉口，用机械手夹装入炉。与现有加热制度一致，采用步进式加热方式，均热段温度设置为860℃，均热段时间设置为80min，但将预热段和加热Ⅰ段的温度设置得更低，其余各段区的控制温度与对比例4保持一致。本实施例预热段和加热Ⅰ段的温度分别设为700℃、750℃，较对比例4中的温度设置低60～70℃，加热Ⅱ段、Ⅲ段的温度分别设置为845℃、860℃。同时，在保证热处理加热-冷却节奏衔接有序的前提下，总热处理加热时间设置为160min，较对比例4中的加热时间缩减50min。加热结束后，出炉，由机械手取出运至淬火台进行踏面喷水冷却，喷水冷却时间440s。冷却结束后，车轮经辊道链板床传输6min至回火炉入炉口，此时轮辋心部温度稳定处于420～460℃，装炉进行回火处理，回火温度500±10℃，回火时间300min，进入回火炉后车轮整体能很快均温，并进行充分的氢扩散和均匀化。
对比例4
对比例4车轮为出口机车车轮，毛坯直径Φ1115mm，轮辋厚度B99mm，其化学成分见表1。采用与实施例4相同的加热、锻轧工艺，锻轧后6块成垛吊运至如图1所示的缓冷区进行长达9.5h的缓冷处理，再吊运至热处理区，采用步进式热处理加热方式，均热段温度设置为860℃，预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段、加热Ⅲ段的温度分别设置为770℃、810℃、845℃、860℃，总加热时间210min。加热结束后，出炉喷水冷却440s，再经机械手通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理。
实施例5
实施例5车轮为国内机车车轮，毛坯直径Φ1275mm，轮辋厚度B110mm，其化学成分见表1。按照本发明所述的技术方案进行生产，详细步骤如下：根据设计要求下料，将钢坯加热至1290℃，总加热时间330min，出炉，经锻压、轧制、压弯成形后得到毛坯车轮，如图1所示，由长度175m的辊道链板床，调节好传输速度，经50min直接转运至热处理加热炉入炉口，用机械手夹装入炉。与现有加热制度一致，采用步进式加热方式，均热段温度设置为850℃，均热段时间设置为90min，但将预热段和加热Ⅰ段的温度设置得更低，其余各段区的控制温度与对比例5保持一致。本实施例预热段和加热Ⅰ段的温度分别设为690℃、740℃，较对比例5中的温度设置低60～70℃，加热Ⅱ段、Ⅲ段的温度分别设置为835℃、850℃。同时，在保证热处理加热-冷却节奏衔接有序的前提下，总热处理加热时间设置为180min，较对比例5中的加热时间缩减60min。加热结束后，出炉，由机械手取出运至淬火台进行踏面喷水冷却，喷水冷却时间480s。冷却结束后，车轮经辊道链板床传输6min至回火炉入炉口，此时轮辋心部温度稳定处于450～480℃，装炉进行回火处理，回火温度510±10℃，回火时间330min，进入回火炉后车轮整体能很快均温，并进行充分的氢扩散和均匀化。
对比例5
对比例5车轮为国内机车车轮，毛坯直径Φ1275mm，轮辋厚度B110mm，其化学成分见表1。采用与实施例5相同的加热、锻轧工艺，锻轧后5块成垛吊运至如图1所示的缓冷区进行长达10h的缓冷处理，再吊运至热处理区，采用步进式热处理加热方式，均热段温度设置为850℃，预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段、加热Ⅲ段的温度分别设置为760℃、800℃、835℃、850℃，总加热时间240min。加热结束后，出炉喷水冷却480s，再经机械手通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理。
实施例1～5与对比例1～5车轮的轮辋与辐板力学性能见表2。采用本发明方案，不改变车轮轮辋、辐板部位的力学性能，可保证车轮的实物质量与服役安全性。
实施例1～5与对比例1～5车轮铸坯及热处理后静置14～21天(白点孕育期)后轮辋心部的氢含量见表3。采用本发明方案，车轮轮辋心部的氢含量与对比例相当，且氢含量水平远远低于形成白点的临界含量(约2.5ppm)。实施例1、3、5车轮轮辋心部及轮毂心部的显微组织如图2-3、5-6、7-8所示，组织为铁素体+珠光体，组织正常，晶粒细于6.0级，未发现有粗大晶粒及白点(或发裂)。说明采用本发明方案不影响车轮的使用性能，可保证服役安全性与可靠性。
实施例1～5与对比例1～5车轮的热处理生产效率及能耗见表3。采用本发明方案不仅可以显著提高班产量，还可以显著降低能源消耗。
对比例6
对比例6车轮为城轨地铁车轮，成分、规格与实施例1基本相当。采用与实施例1中所述的工艺流程进行加热、锻轧得到毛坯车轮，经辊道链板床传输20min至热处理加热炉入炉口，采用与实施例1一致的加热、冷却及回火制度完成热处理。成品车轮在线探伤时轮毂部位出现“透声不良”，经解剖，轮毂心部显微组织中出现严重“混晶”，最大晶粒级别1.5～2.5级。这是因为轧后辊道链板床上的空冷时间不足，轮毂心部未完全完成铁素体-珠光体相变，粗大的轧态晶粒遗传下来。
对比例7
对比例7车轮为城轨地铁车轮，成分、规格与实施例1基本相当。采用与实施例1中所述的工艺流程进行加热、锻轧、空冷传输、热处理加热、冷却后，装入回火炉经(550±10)℃×270min回火处理。经解剖，车轮踏面近表层的珠光体形态发生了明显改变，渗碳体扭曲变形，随着回火时间的延长开始出现断裂、球化，从而导致车轮轮辋强度的下降。
上述参照实施例及附图对一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮作了详细描述，仅仅为说明性的而非限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此，在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效经济型铁路车轮热加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钢坯加热；
（2）锻轧；
（3）将锻轧得到毛坯车轮经辊道链板床直接转运至热处理加热炉进行加热；
（4）将加热后的车轮运至淬火台进行踏面喷水冷却；
（5）将淬火后的车轮通过辊道链板床传输至回火炉入炉口，装炉进行回火处理；
步骤（3）中，控制毛坯车轮在辊道链板床上的传输时间为30~50min；
步骤（3）中，毛坯车轮装入热处理加热炉时车轮上温度最高的部位在轮毂心部，其最高温度在600℃以上，但低于Ar1临界点；
步骤（4）中，踏面喷水冷却200~500s；
步骤（5）中，喷水冷却结束后的车轮经辊道链板床传输5~8min至回火炉入炉口，回火的温度为460~530℃，回火时间≥4h，回火结束后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的高效经济型铁路车轮热加工方法，其特征在于，步骤（1）中，加热均温温度为1270±20℃，总加热时间为4~6h。
3.根据权利要求1所述的高效经济型铁路车轮热加工方法，其特征在于，步骤（3）中，对于直径Φ＜900mm的车轮，控制其在辊道链板床上的传输时间为30~35min；对于直径900≤Φ＜1000mm的车轮，控制其在辊道链板床上的传输时间为35~40min；对于直径Φ≥1000mm车轮，控制其在辊道链板床的传输时间为40~50min。
4.根据权利要求1所述的高效经济型铁路车轮热加工方法，其特征在于，步骤（3）中，加热炉预热段的温度为（T均-170）~（T均-150）℃；加热I段的温度为（T均-120）~（T均-100）℃；均热段的温度为840≤T均≤910℃，均热时间为1~1.5h。
5.根据权利要求1所述的高效经济型铁路车轮热加工方法，其特征在于，步骤（4）中，对于直径Φ＜900mm且轮辋厚度B＜75mm的车轮，控制喷水时长200~300s；对于直径900≤Φ＜1000mm且轮辋厚度75≤B＜85mm的车轮，控制喷水时长300~400s；对于直径Φ≥1000mm且轮辋厚度B＞85mm的车轮，控制喷水时长400~500s。
6.一种铁路车轮，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述的热加工方法进行生产，所述铁路车轮包括以下重量百分比的化学成分：C 0.50-0.80%、Si 0.20-1.50%、 Mn0.70-0.90%、Cr 0.10-0.30%、Ni≤0.10%、Mo≤0.10%、V≤0.15%、Als≤0.30%、P﹤0.01%、 S﹤0.01%，余量为Fe及不可避免的杂质。
7.根据权利要求6所述的铁路车轮，其特征在于，所述车轮的金相组织为铁素体-珠光体，内部无白点、发裂或氢致裂纹。
CN202210336593.3A 2022-03-30 2022-03-30 一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮 Active CN114574672B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210336593.3A CN114574672B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210336593.3A CN114574672B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114574672A CN114574672A (zh) 2022-06-03
CN114574672B true CN114574672B (zh) 2023-06-27

Family

ID=81784708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210336593.3A Active CN114574672B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114574672B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831532A (zh) * 2010-05-28 2010-09-15 北京科技大学 一种钢板正火后加速冷却工艺方法
CN103706645A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 攀钢集团西昌钢钒有限公司 一种缩短热连轧过程中的中间坯待温时间的方法
CN103817194A (zh) * 2014-01-28 2014-05-28 无锡红弦汽车轻量化科技有限公司 热成形钢板分段强化类零件的压力冷却工艺及模具伺服装置
CA2948297A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 Jfe Steel Corporation Railway vehicle wheel and method for manufacturing railway vehicle wheel
CN106282525A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 太原重工股份有限公司 铁路车辆车轮及其热处理方法
CN107586938A (zh) * 2017-09-08 2018-01-16 马钢(集团)控股有限公司 一种中碳低合金钢铁路车轮的热处理方法
WO2019242253A1 (zh) * 2018-06-19 2019-12-26 山东钢铁股份有限公司 一种屈服强度500MPa级厚规格热轧H型钢及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831532A (zh) * 2010-05-28 2010-09-15 北京科技大学 一种钢板正火后加速冷却工艺方法
CN103706645A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 攀钢集团西昌钢钒有限公司 一种缩短热连轧过程中的中间坯待温时间的方法
CN103817194A (zh) * 2014-01-28 2014-05-28 无锡红弦汽车轻量化科技有限公司 热成形钢板分段强化类零件的压力冷却工艺及模具伺服装置
CA2948297A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 Jfe Steel Corporation Railway vehicle wheel and method for manufacturing railway vehicle wheel
CN106282525A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 太原重工股份有限公司 铁路车辆车轮及其热处理方法
CN107586938A (zh) * 2017-09-08 2018-01-16 马钢(集团)控股有限公司 一种中碳低合金钢铁路车轮的热处理方法
WO2019242253A1 (zh) * 2018-06-19 2019-12-26 山东钢铁股份有限公司 一种屈服强度500MPa级厚规格热轧H型钢及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114574672A (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106282789B (zh) 一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法
CN109266966B (zh) 一种直接切削用非调质圆钢及其生产方法
AU2021218136B2 (en) Pearlite steel rail with rail head hardened layer having uniform hardness gradient and preparation method thereof
CN112342452B (zh) 一种高强度胎圈钢丝用盘条的制造方法
CN110951944A (zh) 一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料及其生产方法
CN109680223A (zh) 一种易切削高强度复相非调质钢制备方法
CN113025895B (zh) 一种高强韧且心部冶金质量良好的微合金化中厚板及其制备方法
CN114875295B (zh) 一种风电螺栓用钢的生产方法
CN112410649A (zh) 一种珠光体钢轨及其制备方法
CN113930667B (zh) 磨耗和滚动接触疲劳良好耦合的钢轨及其生产方法
CN111118257A (zh) 改善含硼厚规格水电用钢板心部冲击韧性的热处理方法
CN111673059A (zh) 高碳高合金连铸坯的转炉前处理和冷装加热方法
CN114000064B (zh) 一种厚度＜4mm的超高强热轧钢带及其生产方法
CN115181911A (zh) 特厚Q500qE桥梁钢板及其生产方法
CN109518090B (zh) 一种辙叉心轨用贝氏体钢及其制造方法
CN114574672B (zh) 一种高效经济型铁路车轮热加工方法及铁路车轮
CN112981229A (zh) 一种耐高温细晶空心传动半轴用中碳圆钢及其制造方法
CN114990432B (zh) 采用TSR产线生产的抗拉强度≥1500MPa级热轧带钢及方法
CN115044764B (zh) 一种低温条件下在线热处理百米钢轨的制造方法
WO2024027264A1 (zh) 一种具有高屈服强度的中等强度钢轨及其生产方法
CN115341142B (zh) 一种温成型用钢及其制备方法
CN111618108B (zh) 一种螺纹钢的热轧工艺
CN112877608A (zh) 一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法
CN115261726B (zh) 特厚Q370qE桥梁钢板及其生产方法
CN114480951B (zh) 抗拉强度700MPa级热轧双相钢钢板及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant