Способ изготовления цельнокатанных железнодорожных колес Советский патент 1993 года по МПК C21D9/34 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес.

Задача изобретения заключается в разработке способа изготовления железнодорожных цельнокатаных колес, обеспечивающего возможность их эксплуатации при нагрузке на ось до 25 т.е.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем. что в способе, включающем прокатку колес с охлаждением рабочих валков, термоупрочнение обода водой, отпуск, я также испытание ни прочностные

и пластические свойства металла их обода и диска, в процессе прокатки охлаждение рабочих валков начинают по завершении разгона и заканчивают перед его торможением, а термоупрочнение обода осуществляют через 15-35 ч после прокатки, при этом нагретое до температуры аустенитизации колесо предварительно по всем элементам подстуживают на воздухе в течение 30-70 с. а охлаждение обода водой производят со средней интенсивностью 3,0-5.0°Г/о п течение 100-200 с.

При реализации этого спосоГчл игпыга ние на свойства металла обода и .,и- кл ко00

СА О

сл

леса следует вести через 24-36 часов после завершения их отпуска.

Способ заключается в следующем. Колесную заготовку с температурой металла более 1000°С подают на колесопрокатный стан и устанавливают в межвалковое пространство. После сведения валков в рабочее положение и включения приводов заготовка начинает еращаться с ускорением. По достижении скорости вращения заготовки постоянной величины включают охлаждение валков. С окончанием прокатки колеса, перед началом его торможения, охлаждающую валки воду отключают. Таким образом, вода на валки, и соответственно на обод и диск прокатываемого колеса, поступает только при установившейся (постоянной) скорости вращения этого колеса. Таким образом исключается неравномерное поступление воды на обод и диск, не-. равномерное снижение температуры по периметру обода и диска, неравномерные обжатия и искажения размеров и профилей элементов колеса, что при мехобработке колес исключает неравномерный съем металла и нарушение сплошности его текстуры. Прокатанное и охлажденное колесо после его механической обработки через 15-35 час после окончания прокатки подвергают нагреву до температуры аустени- тизацим, которая зависит от содержания в металле углерода и легирующих элементов, подстуживают его в течение 30-70 секунд и подают на термоупрочнение обода. Термоупрочнение обода ведут водой со средней интенсивностью охлаждения 3,Q-5,f)dC/c в течение 100-200 с, а испытание металла обода и диска - по прошествии 24-36 ч после отпуска.

Срок 15-35 ч между окончанием прокатки и нагревом под термоупрочнение обусловлен следующим.

Установлено, что при критическом содержании водорода флСкены в колесной стали образуются в холодном состоянии по истечении определенного периода времени, называемого инкубационным, Продолжительность этого периода зависит (при обычном для колесной стали химсоставе и содержании водорода) от сечения массовых элементов колеса. Для колес, изготавливаемых по способу-прототипу, этот период составляет обычно 3-5 сут, и выдержка колес после пресс-прокатки в охлажденном состоянии до нагрева под упрочняющую термическую обработку в течение этого периода не приводит к образованию флоке- нов - недопустимых требованиями стандарта дефектов.

При производстве колес для работы в условиях повышенных нагрузок, имеющих увеличенное сечение элементов, в особенности ступицы, максимально возможная

продолжительность выдержки ограничивается временем 35 часов, по истечении которого возможно образование флокенов. Нижний предел выдержки 15 часов определяется необходимостью охлаждения до температуры цеха и механической обработки партии колес.

Время подстуживания после нагревало температуры аустенитизации в течение 30- 70 с определено экспериментально и в этом

промежутке оказалось достаточным, чтобы постепенно понизить температуру поверхности элементов колеса насталькр, чтобы избежать их коробление npTi последующем резком, с большой скоростью, охлаждении

колеса. При этом интервал в 70 с ограничивает время дальнейшего подстуживания необходимостью гарантировать аустенитное : состояние металла.

Время охлаждения обода водой 100.200 с и его интенсивность 3,0-5,0°С/с установлены также экспериментально. Они взаимосвязаны с содержанием углерода в колесной стали для обеспечения свойств металла обода и диска, соответствующих

требованиям к колесам повышенной грузоподъемности, а именно: твердость 280- 300 НВ, временное сопротивление 100- 115 кгс/мм , относительное удлинение 10- 15%, относительное сужение 15-25%, ударная вязкость - 3 кгс-м/см2.

При этом верхний предел времени охлаждения (200 с) интенсивности 5°С/с) соответствует стали с минимальным содержанием углерода - 0,55%, а нижние их пределы (100 с и 3°С/с) - стали с максимальным содержанием углерода - 0,65%.

Последующие после отпуска испытания на свойства металла обода и диска колеса ведут через 24-36 часов. Здесь 24 часа минимальное время для гарантированного обеспечения среднего уровня свойств металла колеса; 36 часов - максимальная величина времени выдержки колеса, обусловленная необходимостью обеспечения

требуемой производительности и уровня свойств для колес повышенной грузоподъемности.

Пример реализации способа. При изготовлении цельнокатаных вагонных колес

диаметром 957 мм из стали с содержанием углерода 0,63% в процессе прокатки на стане охлаждения валков включали через 1,9 сек после начала вращения заготовки. Это то время, за которое заготовка выходит на равномерную скорость вращения,

равную 1 об/с. Скорость вращения прокатываемой заготовки на колесопрокатных станах в мире принята одна и та же. Отключение подачи воды на валки производили одновременно с началом торможения валков в конце прокатки.

Как обычно по существующей технологии колеса калибровали на прессе усилием 3500 т.е., подвергали изотермической выдержке при 600°С в конвейерной печи, охлаждали на складе, производили осмотр, ремонт и механическую обработку обода и ступицы. Через 30 час после прокатки осуществляли нагрев колес до 860°С, после этого подстуживали каждое из них в течение 45 с на воздухе, а затем охлаждали обод водой на спрейерной установке в течение 120 с со средней интенсивностью 3,4°С/с. После отпуска при 520°С и охлаждения, спустя 31 час, производили испытание металла на свойства. При этом достигнута равномерность свойств по периметру ав - 105кгс/мм2, , V 21%. твердость 293едНВ.

Искажение профиля элементов колес после охлаждения практически отсутствовало, при механической обработке осуществлялся равномерный съем металла, не нарушалась сплошность текстура.

Все эти показатели обеспечивают эксплуатационную надежность цельнокатйных

колес с нагрузкой на ось в 25 т.е.

Формула изобретения 1, Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес для вагонов повышенной грузоподъемности, включающий

прокатку с охлаждением рабочих валкое, термоупрочнение обода водой, отпуск и испытание на прочностные и пластические свойства металла обода и диска, отличающийся тем, что в процессе прокатки

охлаждение рабочих валков начинают по завершении разгона колеса и оканчивают перед его торможением, а термоупрочнение осуществляют через 15-35 ч после прокатки, при этом нагретое до температуры аустенизации колесо предварительно по всем элементам подстуживают на воздухе в течение 30-70 с, И охлаждр -. обод зодсй производят со средней интенсивностью 3,0-5.0°С/с в течение 100-2000 с.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что испытание на свойства металла обода и диска колеса ведут через 24-36 ч после завершения отпуска.

Использование: изобретение относится к термической обработке прокатных изделий, в частности к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес. Сущность: техническая задача по стабилизации технологического процесса изготовления цельнокатаных железнодорожных колес для вагоуов повышенной грузоподъемности с обеспечением нагрузки на ось до 25 т.е. решается за счет того, что в процессе прокатки охлаждение рабочих валков начинают по завершении разгона колеса и оканчивают перед его торможением, а термоупрочнение осуществляют через 15-35 ч после прокатки, при этом нагретое до температуры аустенитизации колесо предварительно по всем элементам подстуживают на воздухе в течение 30-70 с. а охлаждение обода водой производят со средней интенсивностью 3,0-5,0°С/с в сечение 100-200 с, после, чего испытание на свойства металла обода и диска колеса ведут через 24-36 ч после завершения отпуска. fe