CN118957239A - 轨道交通用车轮的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通用车轮的热处理方法，包括步骤：S1、毛坯车轮入淬火加热炉加热；S2、淬火；S3、回火；其中，在步骤S1中，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入淬火加热炉；淬火加热炉转动的过程中，毛坯车轮同时进行自转。本发明的轨道交通用车轮的热处理方法，采用双层落跺热处理的方式可以大大提高热处理效率、降低热处理能耗，同时淬火加热过程中使车轮进行自转，可以使得车轮轮辋均匀受热，降低炉温不均对车轮轮辋温度的影响，改善车轮性能均匀性。

Description

轨道交通用车轮的热处理方法

技术领域

本发明属于轨道交通用车轮技术领域，具体地说，本发明涉及一种轨道交通用车轮的热处理方法。

背景技术

目前，轨道交通用车轮是长流程、大能耗类产品，尤其是热处理过程，包括淬火加热、淬火、回火等一系列热处理工序，工艺复杂、能耗高、耗时长。

轨道交通用车轮生产加热一般采用环形加热炉，炉腔跨度长、宽度大，炉膛温度存在偏差，尤其是内外环、炉顶底温差大，致使车轮整体加热过程中受热不均、周向性能差异大，影响车轮使用性能和服役表现。

如公开号为CN101818239A的专利文献公开了一种铁路车轮热处理加热炉，其中的感应加热装置的结构是在所述铁路车轮的踏面外围，设感应加热线圈，在所述的铁路车轮的轮辋的内侧面及轮辋的内侧面至辐板过渡区域的相应位置，设感应加热补偿线圈。本发明还公开了所述的热处理加热炉的热处理工艺方法。采用上述技术方案，实现了轮辋高强度高韧性、辐板低强度高韧性的工艺目标。两相区加热速度特快、奥氏体温区停留时间特短，利于晶粒均匀细化，提高轮辋韧性。该专利文献公开公开的技术方案，也存在诸如上述记载的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种轨道交通用车轮的热处理方法，目的是提高热处理效率，改善车轮性能均匀性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：轨道交通用车轮的热处理方法，包括步骤：

S1、毛坯车轮入淬火加热炉加热；

S2、淬火；

S3、回火；

在步骤S1中，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入淬火加热炉；淬火加热炉转动的过程中，毛坯车轮同时进行自转。

在所述步骤S1中，所述淬火加热炉和所述毛坯车轮均沿逆时针方向旋转。

在所述步骤S1中，加热温度为850～900℃。

在所述步骤S1中，加热结束后，进行保温，保温时间设定为1.5～2.5h。

在所述步骤S3中，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入回火加热炉。

在所述步骤S3中，回火温度为470～530℃。

在所述步骤S3中，回火处理结束后，进行保温，保温时间设定为≥5h。

在所述步骤S1中，所述毛坯车轮以每转3-5min的速度进行自转。

在所述步骤S2中，采用淬火冷却装置，淬火冷却装置包括淬火台和喷嘴，所述呈多层进行布置，每一层的所有喷嘴为沿周向均匀分布在所述毛坯车轮的外侧四周。

所述喷嘴上设置弱冷出水孔和强冷出水孔，所述步骤S2中，弱冷出水孔出水量为8-10m³/h，强冷出水孔出水量为18-24m³/h。

本发明的轨道交通用车轮的热处理方法，采用双层落跺热处理的方式可以大大提高热处理效率、降低热处理能耗，同时淬火加热过程中使车轮进行自转，可以使得车轮轮辋均匀受热，降低炉温不均对车轮轮辋温度的影响，改善车轮淬火温度均匀性，提高车轮性能均匀性。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是淬火加热炉剖面图。

图2是淬火加热炉俯视图。

图3是淬火台剖面图；

图4为实施例1、对比例1车轮轮辋组织图。实施例1组织更细小均匀，实际晶粒度等级为8.5级；对比例1中部分组织较粗大，实际晶粒度等级为7.5级；

图中标记为：

1、烧嘴；2、炉底；3、炉墙；4、炉膛中心环线；5、梅花桩；6、烟道；7、出炉炉门；8、装料炉门；9、喷嘴；10、升降台；11、旋转托辊；12、旋转电机；13、淬火车轮。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

本发明提供了一种轨道交通用车轮的热处理方法，包括如下的步骤：

S1、毛坯车轮入淬火加热炉加热；

S2、淬火；

S3、回火。

具体地说，轨道交通用车轮生产工艺流程为电炉→LF炉精炼→RH炉真空脱气→连铸→切锭→镦粗→预成型→成型→缓冷至室温→淬火加热→淬火→高温回火→机加工→检验。在生产过程中，车轮经过轧制成型缓冷至室温，然后进行淬火加热。

如图1所示，在上述步骤S1中，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入淬火加热炉。淬火加热炉转动的过程中，毛坯车轮同时进行自转。淬火加热炉为环形加热炉，落跺后的毛坯车轮放置在梅花桩上，梅花桩随着炉底沿淬火加热炉(图2)按一定速度沿逆时针方向旋转，同时梅花桩沿逆时针方向自转，从而带动毛坯车轮绕其轴线进行自转。

如图1所示，淬火加热炉的炉底设置有多个梅花桩，各个梅花桩上放置两个毛坯车轮，两个毛坯车轮呈堆叠方式放置在梅花桩上，梅花桩上的两个毛坯车轮与梅花桩处于同轴状态。梅花桩与驱动机构连接，驱动机构带动梅花桩及其上呈双层落跺放置布置的毛坯车轮进行自转。

在上述步骤S1中，淬火加热炉和毛坯车轮均沿逆时针方向旋转。淬火加热炉均匀转动，淬火加热炉转动的过程中毛坯车轮也在淬火加热炉内保持自转，淬火加热炉、毛坯车轮均沿逆时针方向旋转，保证毛坯车轮受热均匀，毛坯车轮在淬火加热炉内进行加热，加热温度为850～900℃。加热结束后，进行保温，保温时间设定为1.5～2.5h，最后出炉淬火。

在上述步骤S1中，梅花桩沿环形加热炉旋转的速度由车轮加热时间确定，梅花桩带动毛坯车轮以每转3-5min的速度进行自转。加热过程中沿环形加热炉周向转动，可以有效保证车轮加热连续性，保证所有车轮都经过低温→中温→高温等各阶段，批量产品温度稳定性一致性较好，有利于产品的稳定性一致性。车轮自转可以保证每件车轮周向受热环境一致，车轮每部分都能达到目标温度，促进车轮周向硬度及组织更均匀。

如图3所示，在上述步骤S2中，采用淬火冷却装置，淬火冷却装置包括淬火台和喷嘴，所有喷嘴呈上下多层进行布置，每一层的所有喷嘴为沿周向均匀分布在一个毛坯车轮的外侧四周。

作为优选的，喷嘴上设置多个弱冷出水孔和多个强冷出水孔，强冷出水孔的出水量大于弱冷出水孔的出水量。在上述步骤S2中，淬火过程中，水压为0.1±0.01MPa，弱冷出水孔出水量为8-10m³/h，强冷出水孔出水量为18-24m³/h。采用先弱后强的方法可以保证近表面冷却速度与深层冷却速度趋于一致，进而保证车轮踏面近表面硬度组织与深层硬度组织保持一致，进而保证车轮在整个服役期内的服役性能趋于一致。

如图3所示，在上述步骤S2中，各个毛坯车轮的外侧沿周向均匀分布有6个喷嘴，喷嘴上设置24个弱冷出水孔和48个强冷出水孔。

在上述步骤S2中，淬火冷却装置可以工作于两种工况。第一种工况为弱冷+强冷工况，淬火冷却装置工作于第一种工况时，对毛坯车轮依次进行弱冷喷淬和强冷喷淬，弱冷喷淬时间为60-120s，设定强冷喷淬时间为180～480s。第二种工况为强冷工况，淬火冷却装置工作于第二种工况时，仅对毛坯车轮进行强冷喷淬，强冷喷淬时间为200～480s。具体喷淬时间视轮辋辋厚而定，轮辋辋厚大，喷淬时间长；轮辋辋厚小，喷淬时间短。

对毛坯车轮进行弱冷喷淬时，由喷嘴的弱冷出水孔对毛坯车轮进行喷水；对毛坯车轮进行强冷喷淬时，由喷嘴的强冷出水孔对毛坯车轮进行喷水。

在上述步骤S3中，淬火结束后，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入回火加热炉。毛坯车轮直接放置在回火加热炉的炉底沿环形加热炉按一定速度沿逆时针方向旋转，回火温度为470～530℃。回火处理结束后，进行保温，保温时间设定为≥5h，最后毛坯车轮出炉空冷。

上述轨道交通用车轮的热处理方法，具有如下的优点：

一方面，车轮生产流程长、能耗大，尤其是热处理过程，包括淬火加热、淬火、回火等一系列热处理工序，采用双层落跺热处理的方式可以大大提高热处理效率、降低热处理能耗；另一方面，由于淬火加热炉为环形加热炉，炉腔跨度长、宽度大，炉膛温度存在偏差，尤其是内外环、炉顶底温差大，增加车轮(梅花桩)自转功能，可以使得车轮轮辋均匀受热，降低炉温不均对车轮轮辋温度的影响；再者，本发明中采用快速加热的方法进行热处理，结合车轮双层落跺自转功能，车轮在加热的过程中，轮辋与炉气充分接触，可达到较高的温度，淬火后可以获得较高的强硬度水平。而轮毂辐板处余炉气接触欠充分，温度较低，奥氏体化不充分，奥氏体晶粒细小，细小的奥氏体晶粒可改善轮毂辐板性能，对车轮是极为有利的。

实施例1

本发明采用采用双层落跺热处理的方式以及车轮自转加热方式，可以大大提高热处理效率、降低热处理能耗，可以使得车轮轮辋均匀受热，降低炉温不均对车轮轮辋温度的影响。同时，车轮在加热的过程中，轮辋部分与炉气充分接触，可达到较高的温度，淬火后可以获得较高的强硬度水平；而轮毂辐板处余炉气接触欠充分，温度较低，奥氏体化不充分，奥氏体晶粒细小，细小的奥氏体晶粒可改善轮毂辐板性能。

本实施例的车轮生产工艺流程为电炉→LF炉精炼→RH炉真空脱气→连铸→切锭→镦粗→预成型→成型→缓冷至室温→淬火加热→淬火→高温回火→机加工→检验，成品车轮外径为920mm，轮辋厚度为68mm，车轮化学成分如表1中的车轮1。淬火加热前采用双层落跺的方式进入淬火加热炉，如图1所示，落跺后的车轮放置在梅花桩，梅花桩随着炉底沿环形加热炉(图2)沿逆时针方向旋转，同时梅花桩沿逆时针方向以每转3min的速度自转。

车轮淬火加热温度为860±10℃，保温2.0h后出炉淬火，按图3所示进行淬火。淬火采用强冷热处理工艺，淬火时间为300s，水压为0.1±0.01MPa，强冷出水孔出水量为21m³/h。淬火结束后仍双层落跺的方式进入回火加热炉，车轮直接放置在炉底沿环形加热炉按一定速度沿逆时针方向旋转，回火温度为480±10℃，保温≥5h后出炉空冷。

对比例1

本对比例的车轮生产工艺流程为电炉→LF炉精炼→RH炉真空脱气→连铸→切锭→镦粗→预成型→成型→缓冷至室温→淬火加热→淬火→高温回火→机加工→检验，成品车轮外径为920mm，轮辋厚度为68mm，车轮化学成分如表1中的车轮1。淬火加热采用单层的方式进入淬火加热炉，车轮直接放置在炉底，随着炉底沿环形加热炉沿逆时针方向旋转，车轮淬火加热温度为860±10℃，保温3.0h后出炉淬火，采用单件单层的热处理方式进行淬火，淬火采用强冷热处理工艺，淬火时间为300s，水压为0.1±0.01MPa，出水孔出水量为21m³/h。淬火结束后单件单层的方式进入回火加热炉，车轮直接放置在炉底沿环形加热炉按一定速度沿逆时针方向旋转，回火温度为480±10℃，保温≥5h后出炉空冷。

按照BS EN 13262《铁路应用—轮对和转向架—车轮—产品要求》要求对实施例1、对比例1进行拉伸、冲击、硬度分析，按照GB/T 228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照GB/T 229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行常温和-20℃摆锤冲击试验，按照GB/T231.1《金属布氏硬度试验第1部分：试验方法》进行硬度测量。实施例1与对比例1车轮的性能见表2、3、4，图4，可见，采用本发明方案能适当提高车轮轮辋部位的性能，明显提高轮辋周向硬度均匀性，轮辋组织更均匀细小，对改善车轮使用性能非常有利。表5是实施例、对比例车轮热处理所需时间，很明显，采用本发明方案实施例1的热处理产能得到了大幅度提高。

表1实施例、对比例车轮主要化学成分

表2实施例与对比例车轮轮辋部位的力学性能

表3实施例与对比例车轮轮辋部位的力学性能

表4实施例与对比例车轮轮辋周向硬度均匀性

表5产量对比

	日热处理车轮数量/件	平均单件车轮消耗时间/min
			实施例1	1850	0.78
对比例1	900	1.6
			实施例2	850	1.7
对比例2	400	3.6

实施例2

本实施例的车轮生产工艺流程为电炉→LF炉精炼→RH炉真空脱气→连铸→切锭→镦粗→预成型→成型→缓冷至室温→淬火加热→淬火→高温回火→机加工→检验，成品车轮外径为1250mm，轮辋厚度为85mm，车轮化学成分如表1中的车轮1。淬火加热前采用双层落跺的方式进入淬火加热炉，如图1所示，落跺后的车轮放置在梅花桩，梅花桩随着炉底沿环形加热炉(图2)沿逆时针方向旋转，同时梅花桩沿逆时针方向以每转3min的速度自转。车轮淬火加热温度为880±10℃，保温2.5h后出炉淬火，按图3所示进行淬火。淬火采用弱冷+强冷热处理工艺，弱冷喷淬时间为80s，强冷喷淬时间为480s，水压为0.1±0.01MPa，弱冷出水孔出水量为10m³/h，强冷出水孔出水量为22m³/h。淬火结束后仍双层落跺的方式进入回火加热炉，车轮直接放置在炉底沿环形加热炉按一定速度沿逆时针方向旋转，回火温度为500±10℃，保温≥5h后出炉空冷。

对比例2

本对比例的车轮生产工艺流程为电炉→LF炉精炼→RH炉真空脱气→连铸→切锭→镦粗→预成型→成型→缓冷至室温→淬火加热→淬火→高温回火→机加工→检验，成品车轮外径为1250mm，轮辋厚度为85mm，车轮化学成分如表1中的车轮1。淬火加热采用单层的方式进入淬火加热炉，车轮直接放置在炉底，随着炉底沿环形加热炉沿逆时针方向旋转，车轮淬火加热温度为880±10℃，保温3.5h后出炉淬火，采用单件单层的热处理方式进行淬火，淬火采用弱冷+强冷热处理工艺，弱冷时间80s，强冷时间480s，水压为0.1±0.01MPa，弱冷出水孔出水量为10m³/h，强冷出水孔出水量为22m³/h。淬火结束后单件单层的方式进入回火加热炉，车轮直接放置在炉底沿环形加热炉按一定速度沿逆时针方向旋转，回火温度为480±10℃，保温≥5h后出炉空冷。

按照BS EN 13262《铁路应用—轮对和转向架—车轮—产品要求》要求对实施例2、对比例2进行拉伸、冲击、硬度分析和轮辋残余应用测量，按照GB/T 228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照GB/T 229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行常温和-20℃摆锤冲击试验，按照GB/T231.1《金属布氏硬度试验第1部分：试验方法》进行硬度测量。实施例2与对比例2车轮轮辋的性能见表2、3、4，可见，采用本发明方案能适当提高车轮轮辋部位的性能，明显提高轮辋周向硬度均匀性，对改善车轮使用性能非常有利。表5是实施例、对比例车轮热处理所需时间，很明显，采用本发明方案实施例2的热处理产能得到了大幅度提高。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.轨道交通用车轮的热处理方法，包括步骤：

S1、毛坯车轮入淬火加热炉加热；

S2、淬火；

S3、回火；

其特征在于，在所述步骤S1中，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入淬火加热炉；淬火加热炉转动的过程中，毛坯车轮同时进行自转。

2.根据权利要求1所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述淬火加热炉和所述毛坯车轮均沿逆时针方向旋转。

3.根据权利要求1所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，加热温度为850~900℃。

4.根据权利要求1至3任一所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，加热结束后，进行保温，保温时间设定为1.5~2.5h。

5.根据权利要求1至3任一所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S3中，毛坯车轮采用双层落跺的方式进入回火加热炉。

6.根据权利要求5所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S3中，回火温度为470~530℃。

7.根据权利要求5所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S3中，回火处理结束后，进行保温，保温时间设定为≥5h。

8.根据权利要求1至7任一所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述毛坯车轮以每转3-5min的速度进行自转。

9.根据权利要求1至7任一所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用淬火冷却装置，淬火冷却装置包括淬火台和喷嘴，所述呈多层进行布置，每一层的所有喷嘴为沿周向均匀分布在所述毛坯车轮的外侧四周。

10.根据权利要求9所述的轨道交通用车轮的热处理方法，其特征在于，所述喷嘴上设置弱冷出水孔和强冷出水孔，所述步骤S2中，弱冷出水孔出水量为8-10m³/h，强冷出水孔出水量为18-24m³/h。