[发明专利]铁路车轮的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铁路辗钢车轮的制造领域，尤其涉及对踏面下异常组织深度有特殊要求的铁路车轮的制备方法。

背景技术

一直以来，铁路辗钢车轮基本上采用切坯→钢坯加热→压力机成形→车轮轧机轧制→缓冷（等温）处理→粗加工→热处理→精加工的工艺流程生产车轮，为了减少未充满、偏心、不圆、缺肉等轧制缺陷的发生量，主要通过采取增加投料量的方式来保证轧制合格率，同时为保证热处理态车轮综合性能的稳定，需在热处理前对轧制车轮轮辋采取车削方式进行粗加工以保证车轮淬火质量。

辗钢车轮的热处理广泛采用的是淬回火热处理工艺，以提高车轮的耐磨性，改善车轮轮辋的残余应力分布，获得必要的强度和韧性，延长车轮的使用寿命。现行热处理冷却工艺基本上采用大水压、大水量的踏面连续淬火冷却工艺，对已奥氏体化车轮轮辋踏面进行连续强制性喷水冷却，淬火冷却水水温15～32℃。在这种工艺条件下，由于冷却速度的关系，踏面表层及踏面近表层的组织状态不良，易导致非珠光体异常组织的出现，该异常组织较正常的铁素体-珠光体组织硬且脆，在轮轨接触应力的作用下极易发生剥离剥落，破坏车轮踏面的光洁度和完整性，需要进行镟修后才能继续使用，直接降低了车轮的使用寿命；异常组织的存在使踏面表层硬度明显升高，车轮使用初期踏面很难产生适当变形以尽快获得较理想的轮轨几何匹配关系，导致车轮轮辋承受过大的接触应力，容易产生早期接触疲劳损伤；由于组织比容的变化，也会使车轮踏面表层局部区域的残余应力分布状态发生变化，从而加速“早期剥离”的出现，影响车轮使用寿命；同时由于高硬度的异常组织区的存在，也增加了精加工的车削加工难度，增大了刀具消耗，生产成本增大。

发明内容

本发明提供一种铁路车轮的制备方法，目的是使车轮在保持原有力学性能的基础上，能够显著降低或消除踏面近表层异常组织区深度，以改善车轮的使用性能和切削加工成本。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：铁路车轮的制备方法，其包括如下步骤：

（1）切坯；

（2）钢坯加热

（3）成形；

（4）轧制

（5）缓冷或等温处理；

（6）热处理；

（7）精加工；

在步骤（6）中，所述热处理包括淬火和回火工序，淬火工序为：将经步骤（5）处理的车轮加热至目标温度后保温，加热保温时间为2.0-3.0小时；出炉后喷水冷却，先按淬火水压为0.3-0.4MPa、喷水流量为4.0-10.0L/min进行水冷30-60秒，再按淬火水压为0.3-0.4MPa、喷水流量为30-40L/min进行水冷180-300秒。

回火工序为：在490-520℃保温4.5-5.5小时，出炉空冷。

所述淬火工序中，淬火加热目标温度为845-865℃。

所述淬火工序为：将经步骤（5）处理的车轮加热至845℃后保温，加热保温时间为2.0小时；出炉后喷水冷却，先按淬火水压为0.35MPa、喷水流量为7.0L/min进行水冷45秒，再按淬火水压为0.35MPa、喷水流量为35L/min进行水冷240秒。

在步骤（7）中，车轮轮辋踏面精加工余量为4.0-6.0mm。

本发明的制备方法取消了车轮的粗加工工序，适当增加精加工的加工余量；同时在淬火冷却时采用弱喷+强喷的复合式淬火冷却工艺。

常规淬火冷却采用大水压、大水量的踏面连续淬火冷却工艺对已奥氏体化车轮轮辋踏面进行连续强制性喷水冷却。对淬火过程车轮轮辋冷却速度测量结果表明，踏面下5-10mm区域内的冷却速度极大，明显高于轮辋心部，达到10℃/s以上，超过车轮钢的下临界冷却速度，轮辋内外温差大，不可避免的使踏面下10mm范围内产生异常组织。

车轮的热处理采用弱喷+强喷的复合式淬火冷却工艺，先用弱喷方式对踏面进行短时冷却，使踏面表层发生珠光体转变，同时使踏面下10mm以外的轮辋内部温度保持在Ac3以上，然后立即进行强喷水，使轮辋内部金属强化。

由于强喷水时组织开始转变区位于踏面亚表层，冷却速度大于珠光体转变临界冷却速度的可能性很小，可有效抑制贝氏体转变。

弱喷过程形成的珠光体组织硬度低，具有良好的切削加工性能；弱喷过程还使踏面近表层的残余应力降低，该层低硬度组织加工去除后，交货状态下的车轮具有均匀的高硬度组织状态和更好的残余应力状态。