СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС И БАНДАЖЕЙ ИЗ ВАКУУМИРОВАННОЙ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК B21K1/28 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к области штамповки и прокатки железнодорожных колес и бандажей из вакуумированной стали.

Существующие известные технологические процессы производства изделий типа колес и бандажей из стали, отлитой в изложницы или непрерывно-литым способом не всегда обеспечивают стабильное качество продукции наблюдается большой (более 20%) разброс уровня свойств металла готовых изделий, а контроль этих свойств ведется лишь по одному-двум представителям от большой (около 200 штук) партии колес и бандажей. Все это чревато тем, что в эксплуатацию могут поступать изделия с заниженными против требуемых свойствами. Поэтому в последнее время внедряются в производство более совершенные технологии, например, вакуумирование, непрерывная разливка.

Не все зоны исходной заготовки для колес и бандажей могут быть использованы в элементах колес и бандажей. Из-за низкого качества осевой зоны используется обязательная операция прошивки выдавки этой зоны для ее удаления из заготовки. Такая некачественная зона располагается в заготовке на диаметре примерно 60 мм, которая после осадки расползается до диаметра 160 мм (перед прошивкой). Поэтому весьма важным является сохранить при осадке заготовки симметричное течение металла осевой зоны, чтобы вся некачественная зона оказалась сосредоточенной в выдавке (диаметр прошивки по конструктивным соображениям ограничен 170 мм).

Известны способы изготовления железнодорожных колес и бандажей [1] которые включают нагрев исходных заготовок, их формоизменение деформацией (осадку, прошивку, формовку и прокатку) и противофлокенную обработку после горячей деформации. При использовании вакуумированной стали специальная противофлокенная обработка не применяется.

К недостаткам известных способов относятся: применяемая специальная операция изотермической выдержки колес и бандажей после их прокатки не гарантирует отсутствие флокенов, т.к. позволяет снизить содержание водорода в металле только примерно до 2,5-3,0 см³/100 г, что иногда приводит к разрывам металла. Использование вакуумированной стали для колес и бандажей гарантирует стабильное низкое содержание водорода 2,0 см³/100 г и менее [2] обеспечивает более стабильные свойства транспортного металла, что является закономерным, так как этот металл имеет пониженное содержание газов вообще, более усредненный химический состав стали, меньшее содержание неметаллических включений (за счет удаления из жидкого металла взвешенной неметаллической фазы). И, как результат, такой металл имеет повышенный примерно на 30% запас пластичности. При этом необходимость в противофлокенной обработке прокатанных колес и бандажей казалось бы отпадает, что и пытаются осуществить некоторые зарубежные предприятия, однако флокены при стечении неблагоприятных обстоятельств могут образоваться и при содержании водорода в стали, близком и 2,0 см³/100 г (1,9-2,0). Поэтому все же требуется какая-то частичная противофлокенная обработка для гарантированного снижения содержания водорода до 1,8 см³/100 г.

В качестве прототипа принят известный способ изготовления изделий для железнодорожного транспорта, в частности железнодорожных колес [3] который включает нагрев исходных заготовок до температуры 1200-1280^oС, их формоизменение деформацией на прессах и стане, термическую обработку, изотермическую выдержку. Как уже отмечалось, этот способ не гарантирует на 100% отсутствие в изделиях флокенов. В процессе нагрева в нагревательных печах по разным причинам, исходные заготовки по периметру имеют различную температуру, т.е. имеется температурный градиент, который достигает величины 60-80^oС. Заготовка, имея по своему периметру различную температуру, имеет по периметру различный уровень пластичности. Повышенный уровень пластичности вакуумированного металла приводит к асимметричному течению металла при осадке и, следовательно, одностороннему смещению некачественной осевой зоны заготовки, которая не вмещается в объем выдавки и попадает в тело изделия, что недопустимо. Более холодная сторона заготовок при нагреве в печи всегда известна и соответствует противоположной стороне установленных горелок. При выдаче таких заготовок из печи и транспортировке их к осадочному прессу они могут по разным причинам поворачиваться вокруг оси и поступать на осадочный стол пресса в любом положении этой захоложенной части относительно конкретного участка инструмента деформации, что не позволяет принять меры для повышения истечения этой менее пластичной зоны заготовки (например, подачей смазки - подсыпки на этот участок и др.).

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в обеспечении в процессе деформации заготовки симметричного течения менее качественной осевой зоны исходных заготовок с последующим удалением ее в выдавку, а также надежном удалении водорода из заготовок и готовых изделий до безопасного против флокенообразования уровня.

Это обеспечивается тем, что при изготовлении железнодорожных колес и бандажей из вакуумированной стали, включающем нагрев исходных заготовок до температуры 1200-1280^oС, их формоизменение деформацией и термическую обработку путем изотермической выдержки для противофлокенной обработки, нагрев заготовки под деформацию осуществляют с градиентом температуры по ее периметру 25-45^oС.

Процесс деформации ведут с неизменным от заготовки к заготовке положением зон максимального температурного градиента по периметру заготовок относительно инструмента деформации, а изотермическую выдержку для противофлокеной обработки совмещают с процессом нагрева под деформацию и отпуском.

На чертеже показан график неравномерного течения центральной зоны заготовки с вмонтированными в нее штырями, изображены: 1 исходная заготовка; 2 заготовка после осадки; 3 вмонтированные в исходную заготовку штыри.

Положение штырей в осаженной заготовке: 4 из вакуумированной стали с температурным градиентом 80^oС; 5 из невакуумированной стали с температурным градиентом 80^oС; 6 из вакуумированной стали с температурным градиентом 40^oС.

Исходная заготовка из вакуумированного металла (непрерывно-литая или отлитая в изложницы) нагревается до температуры 1200-1280^oС с обеспечением ограниченного уровня температурного градиента до величины 25-45^oС. Это достигается различными путями: при нагреве заготовок "на боку" подину печи содержат без рыхлой окалины или периодически заготовки кантуются, дополнительно выдерживаются в последней зоне печи в течение 0,2-0,4 ч и др. Формоизменения деформацией заготовок с ограниченным до 25-45^oС температурным градиентом обеспечивает для колес и бандажей незначительную асимметрию течения (до 7%) и сосредоточение осевой зоны в выдавке и удаления в отходы при последующей прошивке (осевая зона диаметром 60 мм в исходной заготовке после осадки увеличивается до диаметра 160 мм и удаляется вместе с выдавкой диаметром 170 мм). В процессе нагрева заготовок осуществляют их изотермическую выдержку в течение 1,5-2,0 ч при температуре 600-750^oС, а после доведения температуры до уровня 1200-1280^oС подают на осадочный пресс с неизменным от заготовки к заготовке положением зон максимального температурного градиента относительно осадочной плиты пресса, что достигается постоянным маршрутом задающего механизма перекладывателя. При этом захоложенные зоны заготовок будут строго сориентированы на осадочной плите пресса. На эти участки подается предпочтительная часть подсыпки смазки. При осадке и последующей разгонке металла в объеме сформированной по центру перемычки сосредотачивается вся некачественная зона исходных заготовок, которая затем прошивается. В дальнейшем прокатанные изделия в процессе отпуска проходят дополнительную изотермическую выдержку при температуре 450-550^oС в течение 1,5-2,0 ч. Такая технология обеспечивает остаточное содержание водорода в металле изделий не более 1,8 см³/100 г, что гарантирует от образования флокенов, а незначительная асимметрия течения металла при осадке с температурным градиентом заготовок до 25-45^oС в сочетании с неизменным положением этого градиента на осадочной плите обеспечивает сосредоточение некачественной осевой зоны в выдавке заготовки.

Пример. В колесо и бандажепрокатном цехах Нижнетагильского металлургического комбината при изготовлении партии в 200 штук железнодорожных колес и бандажей использовали исходные заготовки массой 460 и 360 кг, полученные из вакуумированной стали. Содержание водорода в стали 2,0 см³/100 г. Заготовки нагревали до температуры 1260^oС в течение 5,5 ч. В первой кольцевой печи заготовки выдерживали (изотермическая выдержка, совмещенная с нагревом) при температуре 600-750^oС в течение 2,5 ч с последующим нагревом во второй печи в течение 3,0 ч до температуры 1260^oС. В последней зоне второй печи заготовки выдерживали для выравнивания температуры по периметру заготовок с градиентом не более 45^oС. Из печи заготовки подавали манипулятором и устанавливали на нижнюю обжимную плиту с неизменным положением от заготовки к заготовке зон максимального градиента по отношению к осадочной плите. Осаживали заготовку на прессе усилием 3000 т.с. осуществляли разгонку центральной зоны заготовки пуансоном на этом же прессе, прошивали перемычку с сосредоточенной в ней некачественной осевой зоной.

Использование нового способа изготовления железнодорожных колес и бандажей позволяет удалять всю некачественную зону исходной заготовки в выдавку и не иметь флокенов в готовых изделиях.

Сущность изобретения: cпособ изготовления железнодорожных колес и бандажей из вакуумированной стали включает нагрев исходных заготовок до температуры 1200-1280^oС, их формоизменение деформацией и термическую обработку изотермической выдержкой. Нагрев заготовок под деформацию осуществляют с ограниченной величиной температурного градиента по периметру заготовок 25-45^o. Процесс деформации ведут с неизменным от заготовки к заготовке положением зон максимального температурного градиента по периметру заготовок относительно инструмента деформации. Изотермическую выдержку для противофлокенной обработки совмещают с процессом нагрева под деформацию и отпуском. 1 ил.

Способ изготовления железнодорожных колес и бандажей из вакуумированной стали, включающий нагрев исходных заготовок до 1200 1280^oС, их формоизменение деформацией и термическую обработку путем изотермической выдержки для противофлокенной обработки, отличающийся тем, что нагрев заготовки под деформацию осуществляют с градиентом температуры по ее периметру 25 45^oС, процесс деформации ведут с неизменным от заготовки к заготовке положением зон максимального температурного градиента по периметру заготовок относительно инструмента деформации, а изотермическую выдержку для противофлокенной обработки совмещают с процессом нагрева под деформацию и отпуском.