способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

Формула изобретения

Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий последовательное деформирование на прессопрокатной линии, охлаждение после окончания горячей пластической деформации до температуры ниже A_r1, выдержку, нагрев до температуры аустенизации, термическое упрочнение и отпуск, отличающийся тем, что охлаждение после окончания пластической деформации ведут до A_r1 - (70 - 320)^oC с выдержкой до выравнивания температуры элементов колеса, при нагреве до температуры аустенизации осуществляют выдержку, а при термическом упрочнении проводят изотермическую выдержку, совмещенную с отпуском.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии изготовления цельнокатаных железнодорожных колес.

Известен способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес [1], включающий горячую пластическую деформацию, подстуживание после окончания деформации до 350 - 400^oC с последующим подогревом до температуры изотермической выдержки, выдержку при температуре 600 - 650^oC, охлаждение на воздухе до температуры цеха, механическую обработку, закалку и отпуск.

Известен также способ изготовления железнодорожных колес, направленный на снижение флокеночувствительности [2]. Способ включает проведение дополнительно операции после окончания пластической деформации перед изотермической выдержкой. Суть этой операции заключается в следующем: колесо после прокатки охлаждают до 450 - 500^oC, затем нагревают до Aс₃ + /30 - 40^o/ и делают выдержку для обеспечения фазовых превращений и затем охлаждают до температуры изотермической выдержки. Снижение флокеночувствительности достигается за счет перекристаллизации стали, уменьшения размера зерна аустенита, в сравнении с величиной зерна аустенита после прокатки, и повышения подвижности атомарного водорода.

Недостатком технологического процесса по способу [1] является длительность и энергоемкость, вместе с тем промежуточное охлаждение до температуры цеха между операциями изотермической выдержки и нагревом под закалку не обеспечивает непрерывности процесса изотермической выдержки, что не дает полной гарантии отсутствия флокенов.

Недостатком технологии по способу 2 является то, что она предусматривает дополнительную операцию - перекристаллизацию изделия после окончания горячей деформации перед изотермической выдержкой. Число технологических операций по этому варианту технологии увеличивается, кроме того, не обеспечивается непрерывность процесса изотермической выдержки, поскольку после изотермической выдержки изделие охлаждают до температуры цеха.

В качестве прототипа принят способ изготовления железнодорожных колес на заводе ZDВ в Чехии [3]. После окончания горячей пластической деформации производят изотермическую выдержку в течение 4-х часов при температуре 600^oC, подогрев до температуры закалки, закалку, отпуск и механическую обработку колес.

Недостатком технологии прототипа является высокая энергоемкость технологического процесса.

Задачей изобретения является создание способа изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, обеспечивающего снижение энергоемкости и технологического процесса за счет сокращения продолжительности изотермической выдержки.

Технический результат достигается тем, что после окончания горячей пластической деформации производят охлаждение ниже Ar₁ на 70 - 320^oC и после выдержки для выравнивания температуры осуществляют нагрев до температуры аустенитизации, выдержку при этой температуре, термическое упрочнение и отпуск, причем операцию отпуска совмещают с операцией изотермической выдержки при продолжительности последней не менее 3-х часов, а аустенитизацию производят при температуре выше Ac₃ на 40 - 100^oC. Охлаждение после окончания горячей эластичной деформации ниже Ar₁ на 70 - 320^oC /400 - 650^oC/ позволяет осуществить аустенито-перлитное превращение за минимальное время в условиях промышленного использования способа. Последующий нагрев выше Ac₃ на 40 - 100^oC и выдержка при этой температуре /820 - 880^oC/ позволяют измельчать зерно в процессе превращения перлита в аустенит и подготовить структуру к термоупрочнению. Ограничение температуры нагрева в пределах 820 - 880^oC связано с необходимостью формирования в стали величины аустенитного зерна перед термоупрочнением 7 - 8 баллов.

Увеличение продолжительности операции отпуска, совмещенного с изотермической выдержкой, с 2-х до 3-х часов в сочетании с величиной зерна 7 - 8 баллов и непрерывностью процесса изотермической выдержки позволяет достичь остаточного содержания водорода на уровне 2 см³/100 г металла.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить число технологических операций за счет совмещения операции изотермической выдержки и отпуска, при этом обеспечивается непрерывность технологического процесса, поскольку изотермическую выдержку осуществляют при нагреве под закалку и продолжают в процессе отпуска, совмещенного с изотермической выдержкой.

Для промышленного опробования способа были отобраны слитковые заготовки из мартеновской стали следующего состава: углерод 0,6, марганец 0,72, кремний 0,24. Содержание примесей находилось в пределах ГОСТа 10791-89. Заготовки нагревали до температуры 1250^oC в течение пяти часов, затем деформировали на прессах и колесопрокатном стане. После окончания горячей пластической деформации заготовки охлаждали на операционном конвейере до 420^oC /Ar₁ = 300^oC/ и производили выдержку для выравнивания температуры элементов колеса. Затем колеса нагревали до температуры 840^oC /Ac₃ - 60^oC/ и после выдержки при этой температуре производили прерывистую закалку обода в течение 130 сек. Операцию отпуска совмещали с изотермической выдержкой и производили при температуре 830^oC в течение 3-х часов.

Содержание водорода в ободе опытных колес, обработанных по предлагаемому способу, составило 1,5 - 2 см³/100 г металла.

Для сравнения по технологии прототипа было изготовлено несколько колес из заготовок с аналогичным химсоставом. Исходное содержание водорода было идентичным, поскольку металл отбирали от одной плавки. Различие в обработке колес по технологии прототипа заключалось в том, что после окончания горячей пластической деформации производили изотермическую выдержку в течение 4-х часов при температуре 600^oC, а продолжительность операции отпуска составляла 2 часа. Величина действительного зерна колес, поступивших на изотермическую выдержку, составила 2 - 3 балла. При такой величине зерна подвижность атомарного водорода значительно ниже, чем по предлагаемому способу, при котором изотермическую выдержку осуществляют при величине действительного зерна 7 - 8 баллов.

Анализ остаточного содержания водорода в колесах, обработанных по технологии прототипа составил 2 - 2,5 см³/100 г металла. Общая продолжительность операций нагрева по технологии прототипа, включая изотермическую выдержку, подогрев до температуры закалки и отпуск составила 7 часов, в то же время, согласно предлагаемому способу, за счет сокращения операции изотермической выдержки перед операцией нагрева под закалку это время составило 4 часа.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить число технологических операций за счет совмещения операций изотермической выдержки и отпуска при остаточном содержании водорода в стали 1,5 - 2 см³/100 г.

Источники информации

1. Технологическая инструкция по производству цельнокатаных колес и центров, ТИ 153К69-95 Выкса 1995 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 831820, МКЛ³ Бюллетень N 19, 1981 г.

3. Производство железнодорожных колес. Бибик Г.А., Иоффе А.М. Праздников А.В., Староселецкий М.И. М., "Металлургия", 1962, стр. 161 /прототип/.