一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，与现有技术相比，本发明利用热成型预热进行了等温退火，使得车轴获得了接近平衡态的显微组织，为车轴的后续热处理做好了组织上的准备：可以明显使车轴比经过常规“两正一回”热处理后的显微组织均匀、细小，车轴最终热处理后，在车轴的1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度级差可控制≤1.5级。由于利用了热成型余热从而节约了能源、降低了生产成本。可减少因出现粗晶组织造成的车轴晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预防因混晶造成的车轴疲劳断裂。
【专利说明】
一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理 工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及钢的热处理技术领域，尤其涉及一种利用锻造余热进行预先等温退火 的铁路车辆车轴热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 目前国内铁路车辆车轴钢制造厂一般根据车轴轴型、尺寸来选择钢坯进行锻造， 车轴锻造后一般在空气中冷却。中国行业标准TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢 坯技术条件》规定:车轴锻造后应冷却到500°C以下，方可进行下一步热处理。目前车轴常用 的热处理工艺为两次正火和一次回火。
[0003] 车轴在锻造时由于压缩比小、局部压缩比更小、表面与内部变形不均匀、在部分再 结晶区有变形等原因锻坯上往往有混晶现象，局部有粗大的晶粒。这种粗大的晶粒具有组 织遗传性，经过常用的两次正火和一次回火热处理工艺也难以消除。车轴热处理后常出现 显微组织很不均匀现象、即混晶现象，有时按GB/T6394或ASTM E112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。这种组织常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），更为重要的是这种组织对车轴的的 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。
[0004] 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 辆车轴钢的质量，尤其是防止车轴在使用中发生疲劳断裂，采用合理的适当的生产工艺使 车轴得到均匀、细小的的显微组织形态至关重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热 处理工艺，按GB/T6394或ASTM El 12标准检测，晶粒度级差可控制彡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。
[0006] 本发明提供的一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺， 包括以下步骤：
[0007] (1)控制终锻温度彡750°C，将锻造后的车轴放入热处理炉中，进行等温退火；
[0008] (2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
[0009 ] (3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。
[0010] 进一步的，步骤（1)中所述热处理炉温度是Acl以下HTC~170°C，炉温到温后保温 2-6小时，出炉空气中冷却;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 HTC~80°C，保温时间为2-5小时；或，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。
[0011] 进一步的，步骤（1)中所述热处理炉温度是Acl以下HTC~60°C，步骤(2)中所述的 一次正火的工艺为：正火的保温温度为A c3以上30 °C~50°C;或两次正火的工艺为: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A c3以上30°C~50°C。
[0012] 进一步的，步骤（1)中所述热处理炉温度是580°C~710°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，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 °C。
[0013] 进一步的，步骤（1)中所述热处理炉温度是为600°C-70(TC;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。
[0014]优选的，步骤（1)中终锻后，先将车轴空冷至热处理炉炉温以上10°C~60°C，再将 车轴入热处理炉。
[0015] 优选的，步骤(2)中正火保温后车轴在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水 雾加速冷却。
[0016] 优选的，步骤⑶中保温温度为500-560 °C，保温时间为3.5-4.5小时。
[0017]优选的，步骤（1)中保温时间为3.5-4.5小时，步骤（2)中正火的保温时间为3.5-4.5小时，步骤(3)中回火的保温温度为500°C~560°C，保温时间为3.5-4.5小时。
[0018] 优选的，步骤（1)中所述热处理炉温度是为660°(：-690°(：，保温时间为3.5-4.5小 时;步骤(2)中一次正火的保温温度为770°C~850°C，保温时间为3.5-4.5小时，或两次正火 的第1次的保温温度为830°C_890°C，第2次的保温温度为770°C~850°C，保温时间均为3.5-4.5小时，正火保温后在加速流动的空气中冷却或者用水雾加速冷却；步骤(3)中回火的保 温温度为500 °C~560 °C，保温时间为3.5-4.5小时。
[0019]所述热处理方法适用于中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴钢钢的热处理，如 LZ50、LZ45CrV、AAR F车轴的热处理。还适用于车轴乳制后的车轴。
[0020] 本发明利用热成型余热进行了等温退火，使得车轴获得了接近平衡态的显微组 织，以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。炉温到温后保温2-6小时是为了保证组织转变基本完成。
[0021] 与现有技术相比，本发明的技术方案利用热成型预热进行了等温退火，使得车轴 获得了接近平衡态的显微组织，为车轴的后续热处理做好了组织上的准备：（1)可以明显使 车轴比经过常规"两正一回"热处理后的显微组织均匀、细小，车轴最终热处理后，在车轴的 1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM El 12标准检测，晶粒度级差可控制彡1.5级，90%的 产品晶粒度级差可控制<1.0级。（2)利用了锻造余热，，从而节约了能源、降低了生产成本。 (3)可减少因出现粗晶组织造成的车轴晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预防因混 晶造成的车轴疲劳断裂。
【具体实施方式】
[0022] 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。
[0023] 实施例1
[0024] -种铁路车辆车轴钢锻造余热在线等温退火工艺，包括以下步骤：
[0025] (1)铁路车辆车轴钢锻造时，终锻温度彡750°C，终锻后将车轴放入700±10°C的热 处理炉中，炉温到温后保温3-4小时，进行在线等温退火，出炉空气中冷却。
[0026] (2)将步骤（1)在线等温退火后的车轴经过810°C ± 10 °C正火，保温3-3.5小时，然 后510°C ± 10°C回火，保温4-4.5小时，冷却。
[0027] 实施例2-10,对比例1-3
[0028]实施例和2-10对比例1-3车轴的具体处理工艺及晶粒度检验结果见表1，实施例的 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， LZ50、LZ45CrV的晶粒度按GB/T6394标准检测，AAR F的晶粒度按ASTM E112G标准检测。
[0029 ]表1实施例1 -10和对比例1 -3车轴的晶粒度检验结果。
[0030]表 1
[0035] *终锻(乳)温度彡750 Γ。
[0036] **后续热处理正火保温时间均为3-3.5小时，回火保温时间均为4-4.5小时。
[0037]实施例1-7与对比例1对比，显然实施例1-7的晶粒度级别较高，且晶粒度波动较 小。且实施例1-2、5-7省略了后续的第1次正火。
[0038]实施例8-9的晶粒度为7.5-8.5级，而对比例2的晶粒度为4-7级，显然实施例8-9的 晶粒度波动较小且晶粒较细。且实施例8-9省略了后续的第1次正火。
[0039]实施例10的晶粒度为8-9级，而对比例3的晶粒度为5-7级，显然实施例10的晶粒度 波动较小且晶粒较细。且实施例10省略了后续的第1次正火。
[0040]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 和超声波探伤的不合格率明显低于现有技术方案产品的的晶粒度和超声波探伤不合格率， 虽然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。
[0041 ]表2晶粒度和超声波探伤检验结果的统计情况。
[0042]表 2
[0044]以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，本发明可以有各种更改和变化。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. 一种利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工艺，其特征在于，所 述热处理工艺包括以下步骤： (1) 控制终锻温度多750Γ，将锻造后的车轴放入热处理炉中，进行等温退火； (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所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工 艺，其特征在于， 步骤（1)中所述热处理炉温度是Acl以下10°C~170°C，炉温到温后保温2-6小时，出炉空 气中冷却；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，两次正火的工艺为:第1次正火的保温温度为A c3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Ac3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2所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工 艺，其特征在于， 步骤（1)中所述热处理炉温度是Acl以下10°C~60°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，两次 正火的工艺为:第1次正火的保温温度为Ad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2或3所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理 工艺，其特征在于，步骤（1)中所述热处理炉温度是580°C~710°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，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 °C。5. 根据权利要求4所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热处理工 艺，其特征在于，步骤（1)中所述热处理炉温度是为600°C-70(TC;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，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任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热 处理工艺，其特征在于，步骤（1)中终锻后，先将车轴空冷至热处理炉炉温以上l〇°C~60°C， 再将车轴入热处理炉。7. 根据权利要求1-6任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热 处理工艺，其特征在于，步骤(2)中正火保温后车轴在加速流动的空气中冷却或者在空气中 用水雾加速冷却。8. 根据权利要求1-7任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热 处理工艺，其特征在于，步骤(3)中保温温度为500-560°C，保温时间为3.5-4.5小时。9. 根据权利要求1-8任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴热 处理工艺，其特征在于， 步骤（1)中所述热处理炉温度是为660°C-690°C，保温时间为3.5-4.5小时； 步骤（2)中1次正火的保温温度为770°C~850°C，保温时间为3.5-4.5小时，2次正火的 第1次的保温温度为830°0890°(：、第2次的保温温度为770°(：~850°(：，保温时间均为3.5- 4.5小时，正火保温后在加速流动的空气中冷却或者用水雾加速冷却； 步骤(3)中回火的保温温度为500°C~560°C，保温时间为3.5-4.5小时。10.根据权利要求1-9任一项所述的利用锻造余热进行预先等温退火的铁路车辆车轴 热处理工艺，其特征在于，所述热处理方法适用于中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴钢 钢的热处理。
【文档编号】C21D1/28GK106086374SQ201610406681
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月4日
【发明人】完颜卫国, 龚志翔, 胡芳忠
【申请人】马鞍山钢铁股份有限公司