一种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，包括以下步骤：(1)将铁路车辆车轴进行预先完全退火；(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次次正火；(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。与现有技术相比，本发明使车轴的显微组织均匀、细小，可减少因出现粗晶组织造成的晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预防因混晶造成的疲劳断裂。
【专利说明】
-种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法
技术领域
[0001] 本发明设及钢的热处理工艺，具体设及一种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理 方法。
【背景技术】
[0002] 铁路车辆车轴是保证铁路车辆安全的重要部件，在铁路车辆运行过程中，车轴承 受着弯曲力、扭转力、冲击力，并且长期在交变应力条件下使用，其受力情况很复杂。为了保 证铁路车辆车轴的质量，尤其是防止车轴在使用中发生疲劳断裂，采用合理的适当的热处 理工艺使车轴得到均匀、细小的的显微组织形态至关重要。
[0003] 中国行业标准TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢巧技术条件》规定了常 用LZ50钢车轴的热处理工艺为两次正火和一次回火，两次正火是指进行两次单独的正火处 理，第二次正火溫度要低于第一次正火溫度，第二次正火时，车轴入炉溫度低于500°C。回火 是把经过正火的车轴重新缓慢的加热到并保持在低于临界溫度的适当溫度，然后W适当的 速度冷却，回火时车轴的入炉溫度应低于250°C。
[0004] 中国发明专利申请《使用连续炉提高车轴屈服强度的热处理方法》 (CN101649389A)【公开日】2010年2月17日，公开了使用连续炉提高车轴的热处理方法，包括： 第一次正火、第二次正火和回火，第一次正火溫度880°C ± 10°C，在冷风室冷却至500°C W 下，第二次正火溫度81 (TC ± 1 (TC，在冷风室冷却至250°C W下，回火溫度51 (TC ± 15°C，在冷 风室冷却至室溫。
[0005] 中国发明专利《一种铁路车辆用车轴钢及其制造工艺KCN102758130B)【公开日】 2012年10月31日，公开了一种车轴钢，钢巧的化学成分及含量（重量百分比）为：〇).50-0.60%，SiO. 20-0.50%，Mn0.7-0.9%，P < 0.018%，S< 0.008% ,Alt > 0.020% ,Cr < 0.25%，Ni ^ 0.25%，Cu ^ 0.25 %，余量为化和不可避免的杂质。车轴巧锻造后，再进行二次 正火(860°C、3h)和一次回火(510~520°C、地)处理。
[0006] 中国发明专利申请《AAR F级车轴的热处理方法KCN102268527A)【公开日】2011年12 月7日，提供了一种AAR F级车轴的热处理工艺，其中，包括：当第一正火炉炉内溫度为860± 10°C时，将车轴装入第一正火炉内，保溫3.5~4小时后，取出车轴，将车轴冷却至500°C W 下；当第二正火炉炉内溫度为800±10°C时，将经一次正火处理的车轴装入第二正火炉内， 保溫3.5~4小时后，取出车轴，将车轴冷却至250°C W下；当回火炉炉内溫度为530±10°C 时，将经二次正火处理的车轴装入回火炉内；保溫4~4.5小时后，取出车轴，将车轴自然冷 却。
[0007] 中国发明专利申请《车轴钢的热处理工艺KCN 103014296 A)【公开日】2013年4月3 日，提供了一种车轴钢的热处理工艺。车轴钢的热处理工艺包括W下步骤：（1)一次正火:溫 度840-880°C，保溫时间3-5小时，然后冷却至500°C W下；（2)二次正火:溫度800-840°C，保 溫时间3-5小时，然后冷却至250°C W下；（3)回火:溫度660-690°C，保溫时间3-5小时，然后 冷却至室溫。解决了现有41CrMo钢没有与之配合的热处理工艺的问题。
[0008] 综上所述，目前国内外中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴，一般采用2次正火+1 次回火的工艺，存在的主要问题是热处理后常出现显微组织很不均匀现象、即混晶现象，按 GB/T6394或ASTM El 12标准检测(在车轴的1/2半径处取试样），晶粒度级差可达2-4级。U50 车轴经过870°C正火+810°C正火巧20°C回火后在100倍的高倍显微镜下的组织如图1所示。 图中有粗大的珠光体团，晶粒度为3-6级，运种组织会造成晶粒度不符合TB/T2945-1999标 准要求(要求细于6级）、超声波探伤不合格(透声不良），更为重要的是运种组织对车轴的的 力学性能，尤其是疲劳性能是不利的，是车轴发生疲劳断裂的主要原因之一。
[0009] 因此，行业内迫切需要有新的技术方案，通过调整热处理工艺、使得车轴显微组织 均匀、细小。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于，提供一种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，按GB/ T6394或ASTM El 12标准检测，晶粒度级差可控制< 1.5级，90%的产品晶粒度级差可控制< 1.0级，使车轴的显微组织均匀、细小，避免因显微组织粗大而造成的超声波探伤不合格，提 高车轴抗疲劳断裂性能。
[0011] 本发明提供的一种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，包括W下步骤：
[0012] (1)将铁路车辆车轴进行预先完全退火；
[0013] (2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
[0014] (3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。
[001引进一步的，步骤（1)中所述完全退火溫度为Ac3 W上1 (TC~100°C，保溫时间为2~5 小时；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为:正火的保溫溫度为AesW上10°C~80°C，保溫时 间为2-5小时；或，步骤(2)中所述两次正火的工艺为:第1次正火的保溫溫度为AcsW上50°C ~150°C，保溫时间为2-5小时;第2次正火的保溫溫度为Ac3W上10°C~80°C，保溫时间为2-5 小时;步骤(3)中所述的回火的保溫溫度为450°C~600°C，保溫时间为2-6小时。
[0016] 进一步的，步骤（1)中所述完全退火溫度为AcsW上30°C~50°C;步骤(2)中所述的 一次正火的工艺为：正火的保溫溫度为AesW上30°C~50°C ;或，步骤(2)中所述两次正火的 工艺为:第1次正火的保溫溫度为AcsW上90°C~120°C，第2次正火的保溫溫度为AcsW上30 。(:~50〇C。
[0017] 优选的，步骤(1)中所述完全退火溫度为770-850°C;步骤(2)中所述的一次正火的 工艺为:正火的保溫溫度为770-850°C，或;步骤(2)中所述的两次正火的工艺为:第1次正火 的保溫溫度为830-890°C，第2次正火的保溫溫度为770-850°C。
[0018] 进一步的，步骤(1)中所述完全退火溫度为790-820°C;步骤(2)中所述的一次正火 的工艺为：正火的保溫溫度为790-820°C;或步骤(2)所述两次正火的工艺为:第1次正火的 保溫溫度为850-870°C，第2次正火的保溫溫度为790-820°C。
[0019]进一步的，步骤(1)车轴完全退火保溫后W含60°C/小时的速度冷却。
[0020] 进一步的，步骤（1)车轴完全退火保溫后W <60°C/小时的速度随炉冷却至500°C 及W下溫度时出炉在空气中冷却。
[0021] 进一步的，步骤(2)中正火保溫后在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水雾 加速冷却。
[0022] 优选的，步骤(2)中正火的保溫时间为3.5-4.5小时。
[0023] 优选的，步骤(3)中保溫溫度为500-550°C，保溫时间为3.5-4.5小时。
[0024] 所述铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法适用于中碳钢或中碳低合金钢铁 路车辆车轴的热处理，如LZ50、LZ45化V、AAR F车轴的热处理。
[0025] 本发明采用一次完全退火+-次或两次正火+-次回火的车轴热处理工艺，不同于 现有的两次正火+-次回火的车轴热处理工艺。第一步完全退火是为了获得更接近平衡态 的显微组织，W减少粗大晶粒的组织遗传，为进一步的热处理做好组织上的准备。完全退火 的保溫后W含60°C/小时的速度随炉冷却更有利于获得接近平衡态的显微组织。随炉冷却 至500°C及W下溫度时出炉在空气中冷却有利于在需要时缩短退火时间。第二步正火是为 了获得细小、均匀的显微组织。2次正火更有利于细化组织、改善性能，但会增加成本，追求 更高质量时才选择采用2次正火。正火保溫后优选在加速流动的空气中冷却或用水雾加速 冷却是为了增加过冷度、提高相变形核率，进一步细化显微组织。第=步回火是为了消除所 述车轴的内应力，提高车轴的塑初性。
[00%]与现有技术相比，本发明采用一次完全退火+-次或两次正火+1次回火的车轴热 处理工艺，使车轴的显微组织均匀、细小。在车轴的1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM El 12标准检测，晶粒度细于6级并且晶粒度级差巧制为含1.5级，90%的广品晶粒度级差可 控制含1.0级。可减少因出现粗晶组织造成的晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预 防因混晶造成的疲劳断裂。
【附图说明】
[0027] 图1为LZ50车轴经过870°C正火+810°C正火巧20°C回火后在100倍的高倍显微镜下 的组织图；
[0028] 图2为实施例2 LZ50车轴经过810°C退火(炉冷)+810°C正火巧20°C回火后在100倍 的高倍显微镜下的组织图。
【具体实施方式】
[0029] 下面通过实施例和对比例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0030] 实施例1
[0031] -种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，包括W下步骤：
[0032] (1)将铁路车辆车轴化巧0钢种)进行完全退火，退火保溫溫度790±10°C，保溫时 间3.5-4.5小时，W < 60°C/小时的速度随炉冷却至500°C及W下溫度时，出炉在空气中冷 却，W30±5°C/h的速度冷却；
[0033] (2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行正火，保溫溫度为790±10°C，保溫时间 为3.5-4.5小时，在加速流动的空气中冷却；
[0034] (3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火，保溫溫度为510±10°C，保溫时间 为3.5-4.5小时;处理后的铁路车辆车轴晶粒度为7。
[0035] 实施例2-10及对比例1-3的铁路车辆车轴的热处理方法参数及晶粒度、力学性能 检验结果下表1:
[0036] 表1实施例1-7和对比例1-3的铁路车辆车轴的热处理工艺及晶粒度、力学性能检 验结果[0037]
[0041 ] *表示随炉冷却至500°C及W下溫度时出炉空冷。
[0042] 实施例1-10的其它质量检验结果均符合相应产品标准的要求。晶粒度试样在车轴 的1/2半径处取试样，L巧0、LZ45化V的晶粒度按GB/T6394标准检测，AAR F的晶粒度按ASTM El 12G标准检巧U。其中对比例1的显微组织见附图1，实施例2的显微组织见附图2。
[0043] 实施例1-5、8与对比例1对比，显然实施例1-5的晶粒度级别较高，且晶粒度波动较 小。
[0044] 实施例6、9的晶粒度为7、8.5-9级，而对比例2的晶粒度为5-7级，显然实施例6的晶 粒度波动较小且晶粒较细。
[0045] 实施例7、10的晶粒度为6-7、8级，而对比例3的晶粒度为4-7级，显然实施例7的晶 粒度波动较小且晶粒较细。
[0046] 表2列出了用本发明的技术方案和现有技术方案热处理后晶粒度和超声波探伤检 验结果的统计情况，钢种为LZ50，执行TB/T2945-1999。从表2可见，本发明的技术方案产品 的的晶粒度和超声波探伤全都合格，而现有技术方案产品的的晶粒度和超声波探伤有不合 格现象，虽然现有技术方案的不合格品经过重新热处理(有的重新处理了 2次）后最终晶粒 度和超声波探伤都合格了，但浪费了能源、增加了成本、延长了生产周期。
[0047] 表2晶粒度和超声波探伤检验结果的统计情况 [004引
[0049] W上所述为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可W有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征在于，所述的热处理方法包 括以下步骤： (1) 将铁路车辆车轴进行预先完全退火； (2) 将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火； (3) 将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。2. 根据权利要求1所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征在于，步骤 ⑴中所述完全退火温度为Ac3以上10°C~100°C，保温时间为2~5小时； 步骤(2)中所述的一次正火的工艺为:正火的保温温度为Ac3以上10°C~80°C，保温时间 为2-5小时；或，步骤(2)中所述两次正火的工艺为:第1次正火的保温温度为Ac3以上50°C~ 150°C，保温时间为2-5小时;第2次正火的保温温度为A c3以上10°C~80°C，保温时间为2-5小 时； 步骤(3)中所述的回火的保温温度为450°C~600°C，保温时间为2-6小时。3. 根据权利要求1或2所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征在于， 步骤（1)中所述完全退火温度为Ac3以上30°C~50°C ; 步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上30°C~50°C;或，步骤 (2)中所述的两次正火的工艺为:第1次正火的保温温度为Ac3以上90 °C~120 °C，第2次正火 的保温温度为Ac3以上30 °C~50 °C。4. 根据权利要求1-3任一项所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征 在于， 步骤（1)中所述完全退火温度为770-850 °C ; 步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为770-850°C;或，步骤（2)中所 述的两次正火的工艺为:第1次正火的保温温度为830-890°C，第2次正火的保温温度为770-850。。。5. 根据权利要求4所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征在于， 步骤（1)中所述完全退火温度为790-820°C;步骤(2)中所述的一次正火的工艺为:正火 的保温温度为790-820°C;或步骤(2)所述两次正火的工艺为:第1次正火的保温温度为850-870 °C，第2次正火的保温温度为790-820 °C。6. 根据权利要求1-5任一项所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征 在于，步骤(1)车轴完全退火保温后以< 60°C/小时的速度冷却。7. 根据权利要求1-6任一项所述的所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法， 其特征在于，步骤（1)车轴完全退火保温后以<60°C/小时的速度随炉冷却至500°C及以下 温度时出炉在空气中冷却。8. 根据权利要求1-7任一项所述的所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法， 其特征在于，步骤(2)中正火的保温时间为3.5-4.5小时。9. 根据权利要求1-8任一项所述的所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法， 其特征在于，步骤(3)中保温温度为500-550 °C，保温时间为3.5-4.5小时。10. 根据权利要求1-9任一项所述的铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法，其特征 在于，所述铁路车辆车轴预先完全退火的热处理方法适用于中碳钢或中碳低合金钢铁路车 辆车轴的热处理。
【文档编号】C21D9/28GK105861804SQ201610417933
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月4日
【发明人】完颜卫国, 王民章, 许兴, 谭凌, 胡芳忠, 龚志翔
【申请人】马鞍山钢铁股份有限公司