[发明专利]一种改善大尺寸铁路车辆用辗钢整体车轮组织均匀性的热处理方法

说明书

技术领域

本发明属铁道车辆用辗钢车轮制造领域，适用于铁路用大尺寸辗钢整体车轮热处理，尤其涉及外径为1250mm的铁路车轮的热处理方法。

背景技术

铁路车轮具有载重、导向、传递牵引力和制动力的功能，工作条件十分恶劣，对行车安全具有重要影响。随着我国铁路运输高速、重载化的发展，对铁路车轮质量的要求不断提高。因此对车轮钢的生产制备方法要求越来越高。

我国现使用的TB/T2708-1996铁路快速客车辗钢整体车轮技术条件、TB/T2817-1997铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件，以及 250公里时速动车组用辗钢整体车轮试制技术条件草案和中国铁路大功率机车用辗钢整体车轮技术条件（暂行）均对轮辋金相组织提出要求，车轮辋进行淬火与回火处理后，其组织应为细珠光体和少量铁素体，实际晶粒度应优于6级。

由于车轮属于热成型工序多，变形复杂的产品，在锻压-轧制过程中各部位受力不同，金属流动位移不同且冷却速度不一，导致轧后车轮不同部位组织存在明显差异，靠近边部组织较细，中部组织较粗大，这种组织差异在随后的热处理过程中由于组织遗传（即将粗晶有序组织加热到高于Ac3可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形态、大小和取向，这种现象称为钢的组织遗传），在热处理后组织中亦存在不同程度差异。因此，车轮轧态组织的均匀性，直接影响其热处理后组织的均匀性。

一般轧后车轮采用常规热处理，目的是通过热处理改善组织均匀性、提高其机械性能，采用常规热处理的普通车轮均能满足标准和使用性能要求。但对于外径尺寸为1250mm的大尺寸车轮而言，热成型过程中金属流动位移较大，各部位冷速差距较大，热加工后不同部位组织差异较大，均匀性较差、晶粒严重不均匀，常规热处理工艺不能有效改善不良组织遗传，消除轧制产生的不均匀组织，从而导致外径尺寸为1250mm的大尺寸车轮力学性能一直不能稳定满足相关技术条件要求，尤其是被日益重视的韧性要求。

大尺寸车轮相关技术条件中对轮辋断裂韧性和低温冲击性能已做明确要求，在大尺寸机车轮研制过程中一直存在同一车轮低温冲击韧性和断裂韧性单值波动较大、不能稳定满足要求的问题，严重影响大尺寸车轮产品合格率及使用安全性能。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善大尺寸铁路车轮组织均匀性的热处理方法，本发明可有效改善大尺寸辗钢整体车轮轧态组织均匀性，从而改善成品车轮组织均匀性，进而提高大尺寸车轮整体性能稳定性。

本发明提供了一种大尺寸铁路用辗钢整体车轮用钢的热处理工艺，其特征在于：将按照常规工艺轧制并缓冷处理后的车轮随炉升温至860～880℃，保温3～3.5h后出炉空冷至室温，再将车轮随炉升温至840～860℃，保温3.5～4h后，出炉冷却，使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下后空冷至室温，然后将冷却后的车轮放入480～500℃炉中，保温4.5～5h后，出炉空冷。下面具体说明本发明技术方案的内容：

本发明采用一种改善大尺寸铁路车轮轧态组织均匀性的热处理方法，对按照常规工艺轧制并缓冷处理后的车轮工件先进行正火预处理，细化并均匀化原始轧态组织，然后采用与一次正火温度相匹配的淬火加热温度，淬火加热温度控制在小于一次正火温度20～40℃（相当于二次正火热处理），保证细晶粒组织不粗化的基础上，进一步细化、均匀化原始组织，为热处理后车轮获得足够的强硬度和韧性创造条件。淬火时采用较强的冷却速度，以保证车轮具有较高韧性的同时，具有相当的硬度。按照本发明热处理的车轮轮辋组织晶粒度8.5级，组织状态趋于一致，组织均匀细小，与常规热处理的车轮相比，不仅明显改善轧态组织的均匀性且使其显著细化。-20℃冲击功平均值高于常规热处理工艺处理的车轮3.4J，K_Q平均值高于对比例8.7MPa.m^1/2，本发明处理的车轮的-20℃冲击功和K_Q不仅平均值高且单值差小，则表示该车的轮低温冲击韧性和断裂韧性较好。K_Q为材料的条件断裂韧性，该试验采用GB/T4161-2007中切口尖端角度为90^o的山行缺口CT30试样，试样厚度B为30mm，条件断裂韧性平均值高且单值差小，则表示试验该材料车轮断裂韧性较好。

附图说明

图1：实施例1轮辋边部轧态组织图 

图1中实际晶粒度3级。

图2：实施例1轮辋中部轧态组织图 

图2中实际晶粒度1级。

图3：实施例1常规热处理后轮辋组织图