[發(fā)明專利]鐵路車輪的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310736263.4
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103753138A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 鐘斌;江波;陳剛;李翔;王世付;趙海;鄧榮杰;孫曼麗
• 申請（專利權）人: 馬鋼（集團）控股有限公司;馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C21D9/34;C21D8/00
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產(chǎn)權代理有限公司 34107
• 代理人: 朱順利

技術領域

本發(fā)明屬于鐵路輾鋼車輪的制造領域，尤其涉及對踏面下異常組織深度有特殊要求的鐵路車輪的制備方法。

背景技術

一直以來，鐵路輾鋼車輪基本上采用切坯→鋼坯加熱→壓力機成形→車輪軋機軋制→緩冷（等溫）處理→粗加工→熱處理→精加工的工藝流程生產(chǎn)車輪，為了減少未充滿、偏心、不圓、缺肉等軋制缺陷的發(fā)生量，主要通過采取增加投料量的方式來保證軋制合格率，同時為保證熱處理態(tài)車輪綜合性能的穩(wěn)定，需在熱處理前對軋制車輪輪輞采取車削方式進行粗加工以保證車輪淬火質(zhì)量。

輾鋼車輪的熱處理廣泛采用的是淬回火熱處理工藝，以提高車輪的耐磨性，改善車輪輪輞的殘余應力分布，獲得必要的強度和韌性，延長車輪的使用壽命。現(xiàn)行熱處理冷卻工藝基本上采用大水壓、大水量的踏面連續(xù)淬火冷卻工藝，對已奧氏體化車輪輪輞踏面進行連續(xù)強制性噴水冷卻，淬火冷卻水水溫15～32℃。在這種工藝條件下，由于冷卻速度的關系，踏面表層及踏面近表層的組織狀態(tài)不良，易導致非珠光體異常組織的出現(xiàn)，該異常組織較正常的鐵素體-珠光體組織硬且脆，在輪軌接觸應力的作用下極易發(fā)生剝離剝落，破壞車輪踏面的光潔度和完整性，需要進行鏇修后才能繼續(xù)使用，直接降低了車輪的使用壽命；異常組織的存在使踏面表層硬度明顯升高，車輪使用初期踏面很難產(chǎn)生適當變形以盡快獲得較理想的輪軌幾何匹配關系，導致車輪輪輞承受過大的接觸應力，容易產(chǎn)生早期接觸疲勞損傷；由于組織比容的變化，也會使車輪踏面表層局部區(qū)域的殘余應力分布狀態(tài)發(fā)生變化，從而加速“早期剝離”的出現(xiàn)，影響車輪使用壽命；同時由于高硬度的異常組織區(qū)的存在，也增加了精加工的車削加工難度，增大了刀具消耗，生產(chǎn)成本增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種鐵路車輪的制備方法，目的是使車輪在保持原有力學性能的基礎上，能夠顯著降低或消除踏面近表層異常組織區(qū)深度，以改善車輪的使用性能和切削加工成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：鐵路車輪的制備方法，其包括如下步驟：

（1）切坯；

（2）鋼坯加熱

（3）成形；

（4）軋制

（5）緩冷或等溫處理；

（6）熱處理；

（7）精加工；

在步驟（6）中，所述熱處理包括淬火和回火工序，淬火工序為：將經(jīng)步驟（5）處理的車輪加熱至目標溫度后保溫，加熱保溫時間為2.0-3.0小時；出爐后噴水冷卻，先按淬火水壓為0.3-0.4MPa、噴水流量為4.0-10.0L/min進行水冷30-60秒，再按淬火水壓為0.3-0.4MPa、噴水流量為30-40L/min進行水冷180-300秒。

回火工序為：在490-520℃保溫4.5-5.5小時，出爐空冷。

所述淬火工序中，淬火加熱目標溫度為845-865℃。

所述淬火工序為：將經(jīng)步驟（5）處理的車輪加熱至845℃后保溫，加熱保溫時間為2.0小時；出爐后噴水冷卻，先按淬火水壓為0.35MPa、噴水流量為7.0L/min進行水冷45秒，再按淬火水壓為0.35MPa、噴水流量為35L/min進行水冷240秒。

在步驟（7）中，車輪輪輞踏面精加工余量為4.0-6.0mm。

本發(fā)明的制備方法取消了車輪的粗加工工序，適當增加精加工的加工余量；同時在淬火冷卻時采用弱噴+強噴的復合式淬火冷卻工藝。

常規(guī)淬火冷卻采用大水壓、大水量的踏面連續(xù)淬火冷卻工藝對已奧氏體化車輪輪輞踏面進行連續(xù)強制性噴水冷卻。對淬火過程車輪輪輞冷卻速度測量結果表明，踏面下5-10mm區(qū)域內(nèi)的冷卻速度極大，明顯高于輪輞心部，達到10℃/s以上，超過車輪鋼的下臨界冷卻速度，輪輞內(nèi)外溫差大，不可避免的使踏面下10mm范圍內(nèi)產(chǎn)生異常組織。

車輪的熱處理采用弱噴+強噴的復合式淬火冷卻工藝，先用弱噴方式對踏面進行短時冷卻，使踏面表層發(fā)生珠光體轉變，同時使踏面下10mm以外的輪輞內(nèi)部溫度保持在Ac3以上，然后立即進行強噴水，使輪輞內(nèi)部金屬強化。

由于強噴水時組織開始轉變區(qū)位于踏面亞表層，冷卻速度大于珠光體轉變臨界冷卻速度的可能性很小，可有效抑制貝氏體轉變。

弱噴過程形成的珠光體組織硬度低，具有良好的切削加工性能；弱噴過程還使踏面近表層的殘余應力降低，該層低硬度組織加工去除后，交貨狀態(tài)下的車輪具有均勻的高硬度組織狀態(tài)和更好的殘余應力狀態(tài)。