CN118207402A - 一种铁路货车用车轮的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路货车用车轮的热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至680‑730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持4‑8h，随后冷却至室温；(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热保温后进行淬火；(3)取下保温材料，车轮进行回火；该热处理方法在车轮热成型工序即能实现车轮辐板组织球化，生产效率高、能耗低、过程简单，适用于CL65和CL70车轮产品的大批量生产。
Description
技术领域
本发明属于铁路货车用车轮技术领域，具体涉及一种铁路货车用车轮的热处理方法。
背景技术
2018年至2021年，我国相继颁布实施了TB/T 2817-2018《铁路货车用辗钢整体车轮》和GB/T 8601-2021《铁路用辗钢整体车轮》，较原TB/T 2817-1997和GB 8601-88，在CL60牌号车轮的基础上，增加了CL65、CL70两种牌号。从成分和力学性能来看，新增的CL65、CL70车轮C含量高于CL60，且Si、Mn上限也明显提高，对力学性能提出了更高的要求，其中轮辋的强硬度要求明显提高，辐板能要保持较高的冲击功，如表1所示。
表1TB/T 2817-2018和GB/T 8601-2021对车轮成分和性能的要求
传统CL60车轮采用踏面淬火热处理，辐板为空冷正火态，辐板组织为铁素体+片状珠光体。但是CL65和CL70车轮C含量高于CL60车轮，辐板组织中铁素体的含量低于CL60，这必然会导致冲击功的降低。
为改善辐板性能，中国专利CN102021302A公开了一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，首先将碳含量在0.55％-0.77％范围的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1270-1290℃加热；随后通过常规高温锻压轧制成车轮工件并缓冷去氢处理；将轧制成型的车轮在710-740℃两相区球化退火；对车轮轮毂、辐板双面覆盖隔热性较好的耐火材料进行保护，加热至830-850℃，根据车轮规格确定保温时间及淬火冷却时间；淬火后，在500±10℃回火。该专利在车轮工件成型缓冷去氢处理后，通过将车轮工件加热至710-740℃进行两相区球化退火，再进行淬火和回火处理，此工序需要加热至710-740℃进行长时间保温来达到两相区球化退火的目的，能源消耗较高，且在两相区球化退火后需要直接加热至830-850℃进行淬火，与热处理的工序衔接紧凑，会影响热处理前后生产工序的节奏，生产效率低。
中国专利CN102021301 A公开了一种高碳钢铁路车轮的热处理方法，在锻压轧制工序、等温工序之后，将车轮工件加热至830-850℃进行空冷正火处理；在随后的淬火加热时对辐板覆盖耐火材料进行保护，首先加热至710-740℃，保温90min，进行两相区退火，使碳化物发生部分球化，获得少量粒状珠光体组织，随后将车轮放入炉温为910-930℃保温炉内，保温40min后，进行淬火，最后在500±10℃回火处理。该专利在车轮工件成型后需要进行正火处理，工序较为繁琐，会影响热处理前后生产工序的节奏，生产效率低。
可见，上述专利均存在生产效率低、能耗高、过程繁杂等问题，不适用于产品的大批量生产。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种铁路货车用车轮的热处理方法，该热处理方法在车轮热成型工序即能实现车轮辐板组织球化，生产效率高、能耗低、过程简单，适用于CL65和CL70车轮产品的大批量生产。
为实现上述目的，本发明采取的技术发案如下：
一种铁路货车用车轮的热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至680-730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持4-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热保温后进行淬火；
(3)取下保温材料，车轮进行回火。
步骤(1)中，钢坯加热至1200-1300℃并保温4.0-4.5h，随后进行热加工成型。
步骤(1)中，所述保温材料为保温石棉。
步骤(2)中，所述淬火的条件为：将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至820-920℃保温2.5-3.5h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却。
喷水冷却使轮辋踏面表层金属以5 -8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下。
步骤(3)中，所述回火的条件为：在480-560℃回火处理5.0-6.0h。
所述铁路货车用车轮为CL65车轮或CL70车轮。
所述铁路货车用车轮轮辋的金相组织为铁素体和片状珠光体，辐板的金相组织为铁素体和球状珠光体以及片状珠光体。
进一步地，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至700-730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持6-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至840-860℃保温2.5-3.0h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下；
(3)取下保温材料，将车轮在500-540℃回火处理5.0-6.0h。该热处理方法适用于CL65车轮的热处理，CL65车轮的热处理工艺由其材质决定，在840-860℃相对较低的淬火加热温度下进行淬火，强硬度即可满足技术要求，同时通过回火改善残余应力。
进一步地，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至690-720℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持6-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至880-900℃保温2.5-3.0h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下；
(3)取下保温材料，将车轮在480-520℃回火处理5.0-6.0h。该热处理方法适用于CL70车轮的热处理。CL70车轮的热处理工艺由其材质决定，在880-900℃相对较高的淬火加热温度下进行淬火，强硬度方可满足技术要求，同时通过回火改善残余应力。
本发明提供的铁路货车用车轮的热处理方法，在车轮热成型工序即能实现车轮辐板组织球化，车轮热成型结束后温度一般在900-1000℃，由于辐板相对于轮毂和轮辋厚度小、有效散热面积大，导致该部分降温较快，本发明在车轮热成型结束待车轮冷却至两相区(650-750℃)后，在辐板表面覆盖保温石棉，这样不仅可降低散热速度，同时把轮辋和轮毂处的热量向辐板传导，并将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放入缓冷坑，这样可以让辐板温度长时间保留在两相区，使辐板获得球状的珠光体组织，并在随后的降温缓冷的过程中实现车轮的去氢。在后续的热处理工序中，覆盖在辐板上的保温石棉又可以防止辐板加热温度超出两相区发生组织转变，让热处理后辐板的球状珠光体组织得以保留，进而在轮辋获得高强韧性匹配的同时，辐板仍保持较高的冲击韧性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
相较于车轮成型后再加热至两相区来获得球化组织的方法相比，该方法利用车轮成型后的余热来实现两相区退火，其能源消耗低，且球化退火的工序与热处理工序分断开，不影响热处理工序前后的生产节奏，生产效率高、能耗低、过程简单，适用于CL65和CL70车轮产品的大批量生产。
附图说明
图1为实施例1中的车轮辐板的100×金相组织图；
图2为实施例1中的车轮辐板的500×金相组织图；
图3为实施例4中的车轮辐板的100×金相组织图；
图4为实施例4中的车轮辐板的500×金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种铁路货车用车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至680-730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持4-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热保温后进行淬火；
(3)取下保温材料，车轮进行回火。
步骤(1)中，钢坯加热至1200-1300℃并保温4.0-4.5h，随后进行热加工成型。
步骤(1)中，所述保温材料为保温石棉。
步骤(2)中，所述淬火的条件为：将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至820-920℃保温2.5-3.5h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却。
喷水冷却使轮辋踏面表层金属以5 -8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下。
步骤(3)中，所述回火的条件为：在480-560℃回火处理5.0-6.0h。
所述铁路货车用车轮为CL65车轮或CL70车轮。
所述铁路货车用车轮的金相组织为铁素体和片状珠光体。
进一步地，对于CL65车轮，所述热处理方法如下：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至700-730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持6-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至840-860℃保温2.5-3.0h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5 -8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下；
(3)取下保温材料，将车轮在500-540℃回火处理5.0-6.0h。
对于CL70车轮，所述热处理方法如下：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至690-720℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持6-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至880-900℃保温2.5-3.0h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下；
(3)取下保温材料，将车轮在480-520℃回火处理5.0-6.0h。该热处理方法适用于CL70车轮的热处理。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种铁路货车用CL65车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)将化学成分如表2实施例1所述的车轮用连铸圆坯锯切，然后将切好的钢坯加热至1200℃并保温4.5h，随后从加热炉中取出进行热加工成型为直径840mm的车轮，热成型结束后辐板冷却至700℃，在辐板表面覆盖加盖保温石棉，然后放入保温坑中保持8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放至加热炉加热至840℃，保温3.0h，随后取出对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s、内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下，最后取下保温材料将车轮在500℃回火处理6.0h。
实施例2
一种铁路货车用CL65车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)将化学成分如表2实施例2所述的车轮用连铸圆坯锯切，然后将切好的钢坯加热至1250℃并保温4.3h，随后从加热炉中取出进行热加工成型为直径840mm的车轮，热成型结束后辐板冷却至715℃，在辐板表面覆盖加盖保温石棉，然后放入保温坑中保持7h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放至加热炉加热至850℃，保温2.8h，随后取出对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s、内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下，最后取下保温材料将车轮在520℃回火处理5.5h。
实施例3
一种铁路货车用CL65车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)将化学成分如表2实施例3所述的车轮用连铸圆坯锯切，然后将切好的钢坯加热至1300℃并保温4.0h，随后从加热炉中取出进行热加工成型为直径840mm的车轮，热成型结束后辐板冷却至730℃，在辐板表面覆盖加盖保温石棉，然后放入保温坑中保持6h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放至加热炉加热至860℃，保温2.5h，随后取出对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s、内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下，最后取下保温材料将车轮在540℃回火处理5.0h。
实施例4
一种铁路货车用CL70车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)将化学成分如表2实施例4所述的车轮用连铸圆坯锯切，然后将切好的钢坯加热至1200℃并保温4.5h，随后从加热炉中取出进行热加工成型为直径915mm的车轮，热成型结束后辐板冷却至690℃，在辐板表面覆盖加盖保温石棉，然后放入保温坑中保持8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放至加热炉加热至880℃，保温2.5h，随后取出对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s、内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下，最后取下保温材料将车轮在480℃回火处理6.0h。
实施例5
一种铁路货车用CL70车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)将化学成分如表2实施例5所述的车轮用连铸圆坯锯切，然后将切好的钢坯加热至1250℃并保温4.3h，随后从加热炉中取出进行热加工成型为直径915mm的车轮，热成型结束后辐板冷却至710℃，在辐板表面覆盖加盖保温石棉，然后放入保温坑中保持7h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放至加热炉加热至890℃，保温2.8h，随后取出对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s、内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下，最后取下保温材料将车轮在500℃回火处理5.5h。
实施例6
一种铁路货车用CL70车轮的热处理方法，步骤如下：
(1)将化学成分如表2实施例6所述的车轮用连铸圆坯锯切，然后将切好的钢坯加热至1300℃并保温4.0h，随后从加热炉中取出进行热加工成型为直径915mm的车轮，热成型结束后辐板冷却至720℃，在辐板表面覆盖加盖保温石棉，然后放入保温坑中保持6h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温石棉的车轮放至加热炉加热至900℃，保温2.5h，随后取出对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s、内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下，最后取下保温材料将车轮在520℃回火处理5.0h。
对比例1
将表2中对比例1所示成分的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1290℃加热；随后通过常规高温锻压轧制成直径为1250mm车轮工件，放入缓冷坑在500℃保温12h进行缓冷去氢处理；将车轮工件加热至710℃，保温3h，进行两相区退火；然后对车轮轮毂、辐板覆盖耐火石棉，加热至850℃并保温4h使轮辋内外温度均匀，对轮辋进行300±10s踏面淬火；最后加热至500±10℃回火处理(为CN102021302A中的实施例1)。
对比例2
将表2对比例2所示成分的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1270℃加热；随后通过常规高温锻压轧制成直径为860mm车轮工件，放入缓冷坑在500℃保温12h进行缓冷去氢处理；将车轮工件加热至740℃，保温2h，进行两相区退火；然后对车轮轮毂、辐板覆盖耐火石棉，加热至830℃并保温3h使轮辋受热均匀，对轮辋进行300±10s踏面淬火；最后加热至500±10℃回火处理(为CN102021302A中的实施例2)。
对比例3
将表2对比例3所示成分的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1270℃加热﹔随后通过常规高温锻压轧制成直径为860mm车轮工件在450℃进行缓冷去氢处理后，出炉冷却至室温﹔然后加热至830℃，保温2h，然后空冷，进行正火预处理；对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火石棉进行保护加热至710℃并保温70min；将车轮放入炉温910℃的保温炉内快速加热升温并保温30min，完成淬火加热后对轮轺踏面淬火300士10s；最后加热至500士10℃回火处理(为CN102021301A中的实施例1)。
对比例4
将表2对比例4所示成分的高碳钢车轮钢坯按照常规工艺在1290℃加热；随后通过常规高温锻压轧制成直径为920mm车轮工件在550℃进行缓冷去氢处理后，出炉冷却至室温﹔然后加热至850℃，保温3h，然后空冷，进行正火预处理；对车轮轮毂、辐板表面涂敷耐火石棉进行保护加热740℃保温90min后，将车轮放入炉温930℃的保温炉内快速加热升温并保温40min，完成淬火加热后对轮辆踏面淬火300±10s；最后加热至500士10℃回火处理(为CN102021301 A中的实施例2)。
实施例及对比例的车轮机械性能如表3、表4所示，可见，实施例1-3中的车轮轮辋具有较高的强度、硬度，辐板具有较高的冲击韧性，和对比例1、3水平相当。结合附图1～2可知，实施例1的车轮辐板为球状珠光体组织，且存在一定量的铁素体，这是其具有高冲击韧性的主要因素。
实施例4-6中的车轮轮辋具有较高的强度、硬度，辐板具有较高的冲击韧性，和对比例2、4水平相当。结合附图3～4可知，实施例4的车轮辐板为球状珠光体组织，且存在一定量的铁素体，这是其具有高冲击韧性的主要因素。
表2实施例车轮和对比例车轮的成分(重量百分比％)
表3实施例车轮和对比例车轮性能
表4实施例车轮和对比例车轮性能
由上述可见，本发明提供的铁路货车用车轮的热处理方法，在大量节省能源的情况下，能够实现与CN102021302A、CN102021301A专利中相当的热处理效果，能够大大降低铁路货车用车轮的生产成本。
上述参照实施例对一种铁路货车用车轮的热处理方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，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 (10)
1.一种铁路货车用车轮的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至680-730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持4-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热保温后进行淬火；
(3)取下保温材料，车轮进行回火。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，钢坯加热至1200-1300℃并保温4.0-4.5h，随后进行热加工成型。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保温材料为保温石棉。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述淬火的条件为：将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至820-920℃保温2.5-3.5h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却。
5.根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，喷水冷却使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述回火的条件为：在480-560℃回火处理5.0-6.0h。
7.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述铁路货车用车轮为CL65车轮或CL70车轮。
8.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述铁路货车用车轮轮辋的金相组织为铁素体和片状珠光体，辐板的金相组织为铁素体和球状珠光体以及片状珠光体。
9.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至700-730℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持6-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至840-860℃保温2.5-3.0h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下；
(3)取下保温材料，车轮在500-540℃回火处理5.0-6.0h。
10.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)钢坯加热后进行热加工成型，热成型结束后待辐板冷却至690-720℃，在辐板表面覆盖保温材料，放入缓冷坑内保持6-8h，随后冷却至室温；
(2)将辐板表面覆盖了保温材料的车轮加热至880-900℃保温2.5-3.0h，然后对轮辋踏面进行喷水冷却，使轮辋踏面表层金属以5-8℃/s冷却速度却到500℃以下、使轮辋踏面内部金属以2-5℃/s的冷却速度却到500℃以下；
(3)取下保温材料，车轮在480-520℃回火处理5.0-6.0h。
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