способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

Формула изобретения

1. Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий нагрев заготовки до 1200 - 1240 ^oС, деформацию, содержащую осадку, формовку, прокатку и выгибку колеса, прерывистую закалку и отпуск, отличающийся тем, что температуру окончания деформации поддерживают в интервале 960 - 880^oС, осуществляют последеформационную паузу продолжительностью не более 150 с до достижения температуры колеса перед закалкой в интервале 940 - 780^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прерывистую закалку осуществляют при вертикальном расположении колеса.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ изготовления железнодорожных колес, включающий нагрев заготовок до температуры 1270^oC, последовательное их деформирование на прессах и колесопрокатном стане с окончанием деформации при температуре 1050 - 1100^oC, изотермическую выдержку при температуре 650^oC, термическую обработку с отдельного нагрева и отпуск колеса.

Известный технологический процесс обеспечивает высокое качество колес, однако, является длительным и энергоемким.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления железнодорожных колес, включающий нагрев заготовки под деформацию до температуры 1270^oC, деформирование на прессах и стане с окончанием деформации при температуре 1050 - 1100^oC, упрочнение обода колеса после завершения деформации и его отпуск.

Недостатком известного способа являются низкие пластические характеристики металла обода и нестабильная ударная вязкость диска колеса в связи с неудовлетворительной структурой, сформированной при высокой температуре окончания деформации (величина действительного зерна при этом составляет 2-4 балла).

Задачей изобретения является разработка способа изготовления железнодорожных колес, обеспечивающего получение свойств в диске и ободе колеса при упрочнении с прокатного нагрева на уровне, соответствующем термообработке с отдельного нагрева.

Технический результат по достижению свойств металла обода и диска на уровне термообработки с отдельного нагрева достигается за счет оптимизации температуры окончания деформации и температуры закалки колеса, а именно температуру окончания пластической деформации поддерживают в интервале 960 - 880^oC, а температуру колеса перед упрочнением в интервале 940 - 780^oC, причем продолжительность последеформационной паузы перед закалкой составляет не более 150 с.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В интервале температур окончания деформации 960 - 880^oC и последующего упрочнения с прокатного нагрева 940 - 780^oC формируется структура в диске и ободе колеса, обеспечивающая уровень свойств этих элементов в соответствии с требованиями ГОСТ 10791. Величина действительного зерна в диске и ободе в предлагаемом интервале температур окончания деформации и перед упрочнением составляет соответственно 6-8 и 4-6 балла.

Различная величина зерна в диске и ободе колеса обусловлена, в частности, различной степенью претерпеваемой деформации и условиями последеформационного охлаждения этих элементов колеса. Так, в ободе и диске колеса максимальная высотная деформация соответственно составляет 60 и 90%, а скорость последеформационного охлаждения диска колеса значительно превышает скорость охлаждения массивного обода, что определяет различную скорость протекания рекристаллизации в этих элементах колеса.

Предлагаемый интервал температур окончания деформации в зависимости от содержания углерода составляет:

C, % - ^oC

0,53 - 0,57 - 960 - 940

0,58 - 0,62 - 930 - 910

0,63 - 0,67 - 900 - 880

При температуре окончания деформации в указанных интервалах и в зависимости от содержания углерода усредняется структура и механические свойства металла диска и обода. Так, более высокая температура окончания деформации для плавок с низким содержанием углерода (0,53 - 0,57%) позволяет уменьшить количество структурно свободного феррита и межпластиночное расстояние в перлите, что позволяет повысить временное сопротивление металла при высоком ресурсе пластичности и ударной вязкости, обеспечиваемом низким содержанием углерода. При высоком содержании углерода (0,63 - 0,67%) понижение температуры окончания деформации способствует увеличению ресурса пластичности и ударной вязкости, которое достигается за счет увеличения количества структурно свободного феррита и межпластиночного расстояния в перлите, а также дополнительного измельчения действительного зерна.

Совокупное влияние перечисленных структурных факторов позволяет получить механические свойства обода и диска в соответствии с требованиями ГОСТ 10791.

Интервал температур колеса перед упрочнением с прокатного нагрева составляет 940 - 780^oC и в зависимости от содержания углерода и находится в пределах:

C, % - ^oC

0,53 - 0,57 - 940 - 840

0,58 - 0,62 - 910 - 810

0,63 - 0,67 - 880 - 780

Пределы температур перед упрочнением в каждой из 3-х групп по содержанию углерода обусловлены двумя факторами: температурой окончания деформации и продолжительностью последеформационной паузы, которая согласно предлагаемому способу составляет не более 150 с.

Так, после транспортировки колеса к закалочной машине максимальная температура перед упрочнением для каждой из 3-х групп по углероду составляет соответственно 940, 910 и 880^oC. Максимальная температура перед упрочнением колеса в соответствии с максимальной продолжительностью последеформационной паузы 150 с, согласно предлагаемому способу, для каждой из 3-х групп по углероду составляет соответственно 840, 810 и 780^oC.

Предельное значение продолжительности последеформационной паузы, равное 150 с, обусловлено следующим: с увеличением продолжительности последеформационной паузы более 150 с снижаются значения пластических характеристик обода колеса, что связано с протеканием процессов рекристаллизации и ростом аустенитного зерна и как следствие увеличением размера перлитных колоний.

Пример реализации способа.

Для промышленного опробования способа были отобраны три группы заготовок с содержанием углерода соответственно 0,57; 0,62 и 0,67%. Содержание марганца было практически одинаковым и составляло 0,75 - 0,77%. После нагрева до температуры 1240^oC заготовки были продеформированы на агрегатах прессопрокатной линии, включая следующие технологические операции: предварительная и окончательная осадка, формовка, прокатка и выгибка колеса.

Температура окончания деформации и температура перед упрочнением колеса, а также режим отпуска в соответствии с предлагаемым способом и по технологии прототипа, приведены в таблице 1.

Результаты испытаний колес, изготовленных по предлагаемому способу и в соответствии с прототипом приведены в таблице 2.

Как следует из приведенных данных, регламентирование параметров температуры окончания деформации и температуры колеса перед упрочнением позволяют резко повысить уровень значений пластических характеристик и ударной вязкости.