車軸鋼的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及冶金技術(shù)，尤其設(shè)及一種車軸鋼的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 車軸是鐵路貨車的關(guān)鍵走行部件，其性能是保證車輛安全運(yùn)行的必要條件，關(guān)乎 國家鐵路運(yùn)輸安全。目前各國的鐵路貨車車軸基本上都是采用上世紀(jì)90年代研制出LZ 50 鋼車軸，而鐵路貨車的軸重已從原來的21t、25t升級(jí)到現(xiàn)在的35. 7t，現(xiàn)有L Z50鋼車軸的 初性（材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力）已經(jīng)無法滿足不斷提速、重載鐵路 貨車的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于，針對上述熱處理工藝的問題，提出一種車軸鋼的熱處理工藝， W實(shí)現(xiàn)制備得到的車軸具有高強(qiáng)度和高初性的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種車軸鋼的熱處理工藝，包括W下 步驟： 陽0化](1) 一次正火：溫度840-880°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至500°C W下；
[0006] (2)二次正火：溫度800-840°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至250°C W下；
[0007] 做回火：溫度660-690°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。
[0008] 進(jìn)一步地，所述一次正火：溫度860-870°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻500°C W 下。
[0009] 進(jìn)一步地，所述二次正火：溫度820-830°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至250°C W下。
[0010] 進(jìn)一步地，所述回火：溫度670-680°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。
[0011] 進(jìn)一步地，所述一次正火冷卻速度為將車軸鋼在40-60min冷卻至500°C W下。
[0012] 進(jìn)一步地，所述二次正火冷卻速度為將車軸鋼在80-120min冷卻至250°C W下。
[0013] 進(jìn)一步地，所述一次正火和二次正火的升溫速度為2-10°C /min。
[0014] 本發(fā)明的另一個(gè)目的還公開了一種車軸，采用上述熱處理工藝制備而成。
[0015] 本發(fā)明公開了一種車軸鋼的熱處理工藝，通過兩次正火一次回火，得到了晶粒度 均勻細(xì)化，且強(qiáng)度高、初性高的41CrMo鋼車軸，滿足不斷提速、重載鐵路貨車的需要。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為滿足不斷革新的鐵路貨車的需要，研制了新型車軸用41CrMo鋼，41CrMo鋼的化 學(xué)成分如表3所示。
[0017] 表3 41CrMo鋼的化學(xué)成分（余量為鐵及其他不可避免的元素）
[0018]
[0019] 碳成分是影響鋼材性能的重要元素，碳含量的增加雖然可W對鋼材起到很好的強(qiáng) 化作用，但卻顯著降低了鋼材的初性，為了提高鐵路行車安全性，本發(fā)明車軸用鋼適當(dāng)降低 了組分中的碳含量，并在降低碳含量的同時(shí)，通過合金化來提高車軸鋼的強(qiáng)度。優(yōu)選地，所 述車軸鋼中C 0. 38-0. 41%。
[0020] 在降低車軸鋼組分中的碳含量的同時(shí)調(diào)低Si、Mn元素含量上限，可提高鋼的初 性。優(yōu)選地，所述車軸鋼中Mn 0.60-0. 70%。本發(fā)明車軸鋼包含0.90-1. 2%的化，可增加 車軸鋼的澤透性，促使?jié)苫鸺盎鼗鸷蟮能囕S截面上獲得較均勻的組織，使其具有抗腐蝕抗 氧化、抗酸、耐磨和耐疲勞的優(yōu)點(diǎn)。 W21] 優(yōu)選的，車軸鋼中化1.0-1. 1 %，但在車軸鋼中添加化元素會(huì)使車軸鋼在 250-450°C的回火脆性敏感性增強(qiáng)，即回火脆性轉(zhuǎn)變溫度上升的同時(shí)，初性破斷的沖擊 值和斷裂初性值下降，本發(fā)明通過回火后風(fēng)冷，來消除回火脆性。通過向車軸鋼中添加 0. 15-0. 30%的Mo,可促使晶粒進(jìn)一步細(xì)化，提高車軸鋼的力學(xué)性能，優(yōu)選的，所述車軸鋼中 MoO. 20-0. 25%。增加化和Mo元素含量，有利于補(bǔ)充鋼強(qiáng)度的下降，同時(shí)提高初性和延展 性。
[0022] 本發(fā)明車軸鋼包含0. 10-0. 25%的Ni,在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)，可提高車軸鋼的抗 酸性和初性，提高初性的機(jī)理是使材料基體在低溫下易于交叉滑移。
[0023] 本發(fā)明車軸鋼包含0. 020-0. 050%的Alt,和0. 07-0. 12%的V，可W避免因晶粒度 粗化，車軸在正火時(shí)出現(xiàn)粗晶組織的質(zhì)量問題，使鋼中形成足夠細(xì)小彌散分布的難烙化合 物-ALN(氮化侶），和細(xì)小、彌散的碳、氮化物V(C、腳一起阻止奧氏體晶粒長大，本發(fā)明車 軸鋼晶粒度級(jí)別>6級(jí)，比LZ 50鋼晶粒度水平高1-2級(jí)。對Al元素含量控制的加嚴(yán)，保 證了鋼水的脫氧量，同時(shí)保證了鋼水中適量的氮化侶，細(xì)化晶粒的同時(shí)又不影響鋼的初性。 V元素的添加還可提高鋼的強(qiáng)度和初性。
[0024] 添加并控制化、化、Mo元素的含量，能提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性。降低P、S含 量，為使車軸具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用41CrMo鋼和車軸 成形工藝外，合理的熱處理工藝也是必不可少的。鋼的熱處理工藝是將金屬材料放在一定 的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)，來控制其性能的一 種金屬熱加工工藝。
[00巧]本發(fā)明提供了一種車軸鋼的熱處理工藝，具體的提供了一種車軸41CrMo鋼的熱 處理工藝，包括W下步驟：
[00%] 首先將41CrMo鋼鍛壓成型，然后依次對鍛壓成型的鋼件進(jìn)行一次正火、二次正火 和一次回火；
[0027] 一次正火：將車軸鋼在溫度840-880°C，保溫3-5小時(shí)，然后冷卻至500°C W下；優(yōu) 選的，所述一次正火：將車軸鋼在溫度860-870°C，保溫3-5小時(shí)，然后冷卻至500°C W下； 上述一次正火冷卻速度為將車軸鋼在40-60min冷卻至500°C W下，W使車軸鋼快速的冷卻 至奧氏體W下，利于晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化。該冷卻時(shí)間可根據(jù)車軸的粗細(xì)進(jìn)行調(diào) 節(jié)。在鋼件受熱均勻的前提下，為了縮短車軸鋼的熱處理周期，本發(fā)明中一次正火的升溫速 度為 4°C /min。
[0028] 二次正火：將車軸鋼在溫度800-840°C，保溫3-5小時(shí)，然后冷卻至250°C W下；優(yōu) 選的，所述二次正火：將車軸鋼在溫度820-830°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至250°C W 下；上述二次正火冷卻速度為將車軸鋼在80-120min冷卻至250°C W下，該冷卻時(shí)間也可根 據(jù)車軸的粗細(xì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0029] 在鋼件受熱均勻的前提下，為了縮短車軸鋼的熱處理周期，本發(fā)明中二次正火的 升溫速度為4°C/min。本發(fā)明車軸采用兩次正火原因：鍛造產(chǎn)品由于鍛造加熱溫度過高，且 一般不進(jìn)行精確控制，因此鍛造后鍛件中的組織和晶粒度是非常不均勻的，通過第一次正 火，調(diào)整鍛造的組織和晶粒度，使其均勻化，之后采用溫度稍低于一次正火的溫度進(jìn)行二次 正火，W進(jìn)一步提高鍛件的性能。
[0030] 回火：將車軸鋼在溫度660-690°C，保溫3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。優(yōu)選的所述 回火：將車軸鋼在溫度670-680°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。
[0031] 還可W理解，上述冷卻可W采用空冷、水冷、噴霧冷卻或其他常規(guī)冷卻方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟： (1) 一次正火：溫度840-880°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至500°C以下； (2) 二次正火：溫度800-840°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至250°C以下； (3) 回火：溫度660-690°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述一次正火溫度 860-870°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻500°C以下。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述二次正火溫度 820-830°C，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至250°C以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述回火溫度670-680°C， 保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述一次正火冷卻速度為： 將車軸鋼在40-60min冷卻至500°C以下。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述二次正火冷卻速度為： 將車軸鋼在80-120min冷卻至250°C以下。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述車軸鋼的熱處理工藝，其特征在于，所述一次正火和二次正火 的升溫速度為2-10°C /min。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種車軸鋼的熱處理工藝。車軸鋼的熱處理工藝包括以下步驟：(1)一次正火：溫度840-880℃，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至500℃以下；(2)二次正火：溫度800-840℃，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至250℃以下；(3)回火：溫度660-690℃，保溫時(shí)間3-5小時(shí)，然后冷卻至室溫。本發(fā)明還公開了一種車軸采用上述熱處理工藝制備而成。本發(fā)明解決了現(xiàn)有41CrMo鋼沒有與之配合的熱處理工藝的問題，使41CrMo鋼在保證強(qiáng)度的同時(shí)，提高了車軸鋼的韌性，使熱處理得到的車軸的綜合性能得到大幅提升。
【IPC分類】C21D6/00, C21D1/18, C21D1/28
【公開號(hào)】CN105714045
【申請?zhí)枴緾N201410740454
【發(fā)明人】秦海鵬
【申請人】青島泰威機(jī)床有限公司