[发明专利]一种中碳硅锰低合金钢铁路车轮的热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金工业生产的技术领域，涉及铁路车轮的制造技术，更具体地说，本发明涉及一种中碳硅锰低合金钢铁路车轮的热处理方法。

背景技术

铁路车轮在钢轨上滚动时，轮与轨之间发生相互作用，铁路车轮承受垂直力、导向力、制动闸瓦压力和残余应力等。

随着铁路不断提速，尤其是高速铁路的快速发展，铁路车轮的使用条件进一步恶化，提高铁路车轮使用性能，特别是提高铁路车轮抵抗裂纹扩展性能越加显得重要。

断裂韧性是铁路车轮钢重要力学性能之一，关乎铁路车轮的使用安全性，提高其断裂韧性极为重要。

就高速铁路车轮材质的选择，由于运行条件不同，在日本东海道新干线一直沿用高碳钢，提高材料的强度时他们的首选；而在西欧，如法国、德国、意大利等用的是UIC标准，欧洲使用的EN13262标准；以及印度标准IRSR-19/93等，在要求具有较高强度的同时，对轮辋断裂韧性有了明确规定，均要求根据试验样片数量而获得的断裂韧性平均值必须大于等于80MPa.m1/2，一个单个值可以小于该平均值，但必须大于等于70MPa.m1/2。

我国现运行的“和谐号”CRH5型动车组车轮的采购技术规范中对轮辋断裂韧性作出了同样的要求，但是，我国现行使用的TB/T2708-1996H和TB/T2817-1997均对断裂韧性没有要求。

断裂韧性KIC是对材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，它与裂纹本身大小及形状无关，也与外应力大小无关，而与材料的成分、热处理及加工工艺有关。

为提高铁路车轮使用性能适应市场需求，参照欧标车轮在保证强度的基础上提高韧性，进行降碳、增加Si和Mn含量的成分调整，取得一定的成果，马钢已累计开发出口欧标车轮十多万件，ER7、ER8和ER9品种均有，其中2007年以来的开发量就达10万件左右，均具有较好的强度和韧性，但一直存在断裂韧性值偏低的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种中碳硅锰低合金钢铁路车轮的热处理方法，其目的是提高中碳硅锰低合金钢铁路车轮的断裂韧性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的中碳硅锰低合金钢铁路车轮的热处理方法，所述的热处理方法包括轧后的890℃～910℃的高温正火工序、740℃～760℃+890℃～910℃两段式淬火加热工序、510℃±10℃的回火后水冷工序。

所述的热处理方法的具体技术方案是：

将按照常规工艺轧制后的铁路车轮随炉升温至890℃～910℃，保温120min后出炉空冷至室温，再将铁路车轮随炉升温至740℃～760℃，保温60min±5min后，快速加热至890℃～910℃，保温30min后，出炉喷水冷却300s，然后放入510℃±10℃炉中，保温4h后，浸水冷却；浸水冷却的时间为15min～20min。

按质量百分数，所述的铁路车轮的成分为：

C：0.50％；Si：1.05％；Mn：1.00％；P：0.008％；S：0.006％；Cr：0.016％；Ni：0.006％；Cu：0.007％。

本发明采用上述技术方案，对轧后中碳硅锰低合金钢铁路车轮增加高温正火处理工序，旨在细化并均匀化原始组织，以促进终处理后组织的细化、均匀化和促进钢中P、N等脆性元素均匀化，改善铁路车轮韧性；采用两段式淬火加热方式，第一段加热把铁路车轮温度控制在接近Ac1点，为提高轮辋两相区加热速度创造条件，第二段采用高温、短时加热，以高的炉气温度提高两相区加热速度，以较短的加热时间限制奥氏体化时间；采用回火后快速水冷的方法，可以消除回火脆性，同时回火后水冷也能改变应力分布，提高疲劳性能。采用上述方法进行热处理的铁路车轮除了具有较高的断裂韧性外，还具有较好的强韧性配比。增加预处理工艺，在相同的常规加热条件下，可使KQ提高左右；快速加热淬火工艺轮辋断裂韧性高于常规淬火工艺，KQ增值均达到左右。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容作简要说明：

图1为本发明的两段快速加热与现有技术常规加热，在铁路车轮踏面35mm处的温度变化对比图；

图2为现有技术的常规铁路车轮轮辋显微组织金相图；

图3为现有技术的常规铁路车轮辐板显微组织金相图；

图4为本发明的铁路车轮轮辋显微组织金相图；

图5为本发明的铁路车轮辐板显微组织金相图。

具体实施方式