一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法技术

本发明专利技术公开了一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，属于铁路车轮制备领域。本发明专利技术包括以下步骤：S1、将毛坯车轮加热至临界温度Ac3以上90～110℃，然后保温至完全奥氏体化状态；S2、将车轮转运至淬火台，采用间断式淬火方式，先采用流量为L1的喷嘴喷射车轮踏面进行短时预冷却，再采用流量为L2的喷嘴喷射车轮踏面进行踏面淬火，L1＝(1/5～1/4)L2；S3、将车轮进行回火处理，并采用后续加工工序得到成品车轮。本发明专利技术针对目前行业内对铁路车轮性能要求不断提高的发展形势，旨在不影响车轮钢强塑性等常规力学性能的前提下，提高车轮轮辋的断裂力学性能，使车轮钢获得较好的强韧配合关系，为长接触疲劳寿命与高耐磨性车轮的设计与制备作参考。

【技术实现步骤摘要】
一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法
本专利技术涉及铁路车轮制备
，更具体地说，涉及一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法。
技术介绍
目前，国内外铁路车轮通常均要求含耐磨性与切削加工性优异的、铁素体+细珠光体的两相组织。近些年，为满足车轮更高的使用性能要求，钒微合金化技术在中高碳车轮钢中得到了更多应用。钒在钢中与间隙的碳、氮原子形成热动力学较稳定的V(C,N)第二相粒子，因粒子强烈的细化晶粒与析出强化作用而获得较好的强韧性。但钒作为一种析出强化元素，受加热温度的影响较大。如材料热处理学报，2020:41(2):67-74,加热温度对钒微合金中碳钢组织及性能的影响，指出加热温度高，钒的大量溶解与析出导致强度增量明显增大，但牺牲了塑韧性；加热温度低，导致强度增量不足，不能满足高耐磨性的要求。作为材料抵抗裂纹失稳扩展能力的量度，断裂韧性是平面应变或平面应力条件下裂纹尖端附近应力强度因子临界值，是材料的固有属性，与显微组织结构关系密切，更能反映材料工件的热处理质量与使用安全性。随着铁路运输重载、高速化进程的加快，对铁路车辆关键走行部件的车轮的断裂韧性也提出了越来越高的要求。因此，如何在不影响车轮钢强塑性等常规力学性能的前提下，显著提高抗裂纹扩展能力成为一项技术难题。经检索，如中国专利，申请公布号：CN103741047A，申请公布日：2014.04.23，公开了一种提高断裂韧性的铁路机车用中碳钢车轮钢及车轮制备方法，在标准EN13262《铁路应用-轮对和转向架-车轮-产品要求》基础上重点对ER7车轮钢中的Si、Mn、Ni、Cr、Als含量进行了调整设计，并采用在常规热处理工序前增加一道高温正火工序，即将车轮整体加热至较常规淬火加热温度高的温度后出炉空冷至室温，通过改善车轮的组织均匀性而提高断裂韧性。又如中国专利，申请公布号：CN103741021A，申请公布日：2014.04.23，公开了一种铁路货车用高韧性车轮钢及车轮制备方法，重点对CL65车轮钢中的Si、Mn、Ni、Als进行了调整设计，并采用在常规热处理工序前增加一道低温正火工序，即将车轮整体加热至较常规淬火加热温度低的温度后出炉空冷至室温，通过细化车轮的晶粒组织而提高断裂韧性。但是，该申请案因两次热处理导致热处理工序时间明显增长，热处理产能跟不上，不太适用于节奏快、产量大的批量化生产。如新日铁公司在中国的专利申请，申请公布号：CN103221561A，申请公布日：2013.07.24，公开了一种耐磨性、抗接触疲劳与热损伤等性能的平衡优异，具备长寿命的车轮用钢，其成分按重量百分比计含C0.65～0.84；Si0.02～1.00；Mn0.50～1.90；Cr0.02～0.50；V0.02～0.20；S≤0.04；P≤0.05；Cu≤0.20；Ni≤0.20，满足[34≤2.7+29.5×C+2.9×Si+6.9×Mn+10.8×Cr+30.3×Mo+44.3×V≤43]且[0.76×exp(0.05×C)×exp(1.35×Si)×exp(0.38×Mn)×exp(0.77×Cr)×exp(3.0×Mo)×exp(4.6×V)≤25]。但是，该申请案重点就车轮钢的成分进行优选设计、调整，不能快速识别出影响车轮钢综合性能的关键因素，且采用常规的踏面强冷工艺，车轮某些部位出现了不期望的非珠光体混合组织。踏面连续大流量强制喷水(即“踏面淬火”)是国内外铁路车轮通用的热处理冷却方式，由于轮辋径向冷速梯度显著，踏面近表层一定深度范围内的冷速超过车轮钢的完全珠光体转变临界冷速，形成含非珠光体的混合组织，该混合组织层深度与车轮钢的化学成分有关，如高碳重载系列车轮的混合组织层深最高有20mm。踏面近表层的非珠光体混合组织对车轮早期使用性能(剥离、磨损)有不利影响，是众多标准和客户技术条件所不允许存在的。生产实践中，控制或消除非珠光体混合组织的一般做法是增大毛坯设计余量(投料)，热处理后通过机加工的方式去除，导致成材率低、成产成本高等问题。为降低车轮投料成本，控制或消除踏面近表层的非珠光体混合组织，使车轮获得优异的力学性能与使用性能，近些年如中国专利，申请公布号：CN110055394A，申请公布日：2019.07.26，公开了一种铁路车轮的热处理冷却工艺。方法步骤包括：先将车轮整体加热至完全奥氏体化；然后转运至淬火台，使车轮处于转动状态，采用压力阶梯递增式气雾两相流喷射车轮踏面；再将车轮整体入回火炉保温，最后取出空冷；压力阶梯递增式气雾两相流喷射车轮踏面依次包括三个阶段，控制三个阶段的车轮转速v1＞v2＞v3，水压P1＜P2＜P3，淬火冷却时间T1＜T2＜T3；三个阶段启动沿车轮周向等间距分布的喷嘴数量依次为M、2M和3M。又如专利申请号：200810020421.5，名称：高碳钢火车车轮轮辋表面的热处理方法及热处理装置，是在冷却过程中，先用小流量水流对火车车轮的车轮踏面进行短时间喷水冷却，然后用大流量水流对车轮踏面进行长时间强制喷水冷却。采用上述技术方案，改善车轮的抗接触疲劳性能，减少车轮的踏面剥离；尽早获得合适的轮与轨的几何匹配关系，增大接触面，降低接触应力水平；车轮轮辋内部的耐磨性能提高，从而提高车轮的使用寿命；且不增大车轮热处理冷却工艺的操作难度。该申请案主要是基于车轮钢材料的过冷奥氏体相变特性与冷却过程中轮辋内部温度场的耦合关系，旨在为解决车轮踏面近表层的非珠光体异常组织而设定。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对目前行业内对铁路车轮性能要求不断提高的发展形势，本专利技术拟提供一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，旨在不影响车轮钢强塑性等常规力学性能的前提下，提高车轮轮辋的断裂力学性能，使车轮钢获得较好的强韧配合关系，为长接触疲劳寿命与高耐磨性车轮的设计与制备作参考。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，共包括两种方案，其中方案1包括以下步骤：S1、将轧制、缓冷得到的毛坯车轮加热至临界温度Ac3以上90～110℃，然后保温至完全奥氏体化状态；具体保温时间根据车轮规格、装炉量、布料方式、加热炉实际状况等因素而定，在此不再赘述。S2、将车轮转运至淬火台，采用间断式淬火方式，先采用流量为L1的喷嘴喷射车轮踏面进行短时预冷却，再采用流量为L2的喷嘴喷射车轮踏面进行踏面淬火，L1＝(1/5～1/4)L2；S3、将车轮进行回火处理，并采用后续加工工序得到成品车轮。后续加工工序包括预加工、精加工等后续常规工序，在此不再赘述。更进一步地，铁路车轮的轮径为φ700～φ1250mm，所用的车轮钢以重量百分比计，含碳0.50％～0.77％，钒0.04％～0.15％，氮(50～90)×10-4％，其余成分为业内常规成分，在此不再赘述。更进一步地，步骤S2中车轮转运至淬火台的时间控制在1min之内；避免因车轮表面，尤其是踏面/外侧面拐角处的过大温降造成表面局部硬度不足。更进一步地，步骤S2中车轮运至淬火台后，先通过托辊电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、将毛坯车轮加热至临界温度Ac3以上90～110℃，然后保温至完全奥氏体化状态；/nS2、将车轮转运至淬火台，采用间断式淬火方式，先采用流量为L1的喷嘴喷射车轮踏面进行短时预冷却，再采用流量为L2的喷嘴喷射车轮踏面进行踏面淬火，L1＝(1/5～1/4)L2；/nS3、将车轮进行回火处理，并采用后续加工工序得到成品车轮。/n

【技术特征摘要】
1.一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将毛坯车轮加热至临界温度Ac3以上90～110℃，然后保温至完全奥氏体化状态；
S2、将车轮转运至淬火台，采用间断式淬火方式，先采用流量为L1的喷嘴喷射车轮踏面进行短时预冷却，再采用流量为L2的喷嘴喷射车轮踏面进行踏面淬火，L1＝(1/5～1/4)L2；
S3、将车轮进行回火处理，并采用后续加工工序得到成品车轮。


2.根据权利要求1所述的一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，其特征在于：铁路车轮的轮径为φ700～φ1250mm，所用的车轮钢以重量百分比计，含碳0.50％～0.77％，钒0.04％～0.15％，氮(50～90)×10-4％。


3.根据权利要求1所述的一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，其特征在于：步骤S2中车轮转运至淬火台的时间控制在1min之内。


4.根据权利要求1所述的一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，其特征在于：步骤S2中车轮运至淬火台后，先调整车轮踏面与喷嘴出水面板的距离，然后驱动电机使车轮处于转动状态，开始进行淬火；车轮踏面与喷嘴出水面板的距离为75～100mm。


5.根据权利要求1所述的一种优化强韧配合关系的铁路车轮制备方法，其特征在于：步骤S2中踏面淬火过程控制单个喷嘴出水流量L2为20～22m3/h。


6.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚三成，丁毅，刘学华，赵海，江波，钟斌，邹强，宫彦华，张明如，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34