高速列车轴用无缝钢管的轧制及轴的热处理工艺研究

 高速列车是各工业国表征自己科技水平及铁路运输发展程度的重要标志。法国高速电气列车2007年4月3日在行驶试验中时速达到574.8公里,打破了1990年前由该国高速电气机车创下的时速515.3公里的有轨铁路行驶速度世界纪录[1]。我国铁路经六次大提速后,主要干线列车时速已达200公里以上水平[2]。从而,为国民经济的快速发展提供了较好的运输保障。随着列车运行速度的提高,对铁道和列车的性能均提出了更高更严的要求。列车的车轴是其行走部分的重要零件,它的质量好坏不仅决定了列车可以运行的速度,还直接影响到列车运输的安全。国内普通列车的车轴通常用40钢或50钢制造[3]。但是,碳素结构钢淬透性差[4],而车轴尺寸及截面尺寸均较大,通常只能是正火处理以得到较细片状珠光体组织后再加工成车轴,故其综合力学性能较低而难以满足高速列车对车轴性能的要求。为了解决此问题,考虑到车轴轴重、失效原因、应力分布特点和状态、断裂韧度及热处理工艺等诸多因素,中国铁科院和中国铁路物资成都分公司提出了对车轴材料的选用和性能的要求[5],即选用35CrMo钢热轧成超厚壁无缝钢管作为材料来制造高速列车的车轴。攀成钢成都无缝钢管厂经过分析、研究、试验和试轧,生产出了一批能满足技术要求的Φ215×72.5mm的35CrMo钢超厚壁无缝钢管供给了制造该零部件的厂家用。本论文在介绍了当前各工业国家高速列车车轴用材料的发展概况之后,分析了高速列车车轴运行时的应力状态和分布,轴重的影响、安全储备(冲击韧度及断裂韧度)和失效原因等。继而,介绍了35CrMo钢的合金化原理、相关的物理常数、断裂韧度范围及其热处理特点。随后,重点进行了如下两方面的分析、研究及试验工作。一、仔细地了解并分析了规格为Φ215×72.5mm的35CrMo钢超厚壁无缝钢管的冶金过程,特别是热轧工艺试验过程及其轧制生产过程。解剖并分析了该种无缝钢管的冶金质量,指出了其偏心度较大的不足,产生原因及改进措施。二、对35CrMo钢热处理工艺制度进行了分析和试验后用于指导了车轴的热处理生产。首先在实验室用试样进行了淬、回火工艺试验。对样品进行了金相分析、力学性能、SEM和TEM分析和试验后,确定了能满足使用技术指标并具有良好的断裂韧度和优良的综合力学性能的****调质热处理工艺参数。随后,在重庆大江机械制造厂对车轴进行了调质热处理。在实际处理车轴时,因经粗加工后的车轴仍旧有截面尺寸厚、重量大和孔径较小等特点,采用125kw较深的非标准井式电阻炉对其进行淬火加热后,选择冷却能力较油强并可调整淬火烈度的聚合物水溶性淬火介质冷却淬火[6]。从而,有效地防止了油淬火初时冲火,冲油、易失火及恶化车间工作环境等毛病。另外,还克服了因油的冷却能力不足,使厚壁管中部偏内侧处易形成上贝氏体及其它非马氏体组织而严重恶化车轴的力学性能。为此,采用聚合物水溶液冷却介质在工厂进行了实际热处理生产试验。经过850℃±10℃加热2.5小时后淬入13.5%浓度的聚合物水溶液内淬火,再575℃±10℃3 .5小时回火使这种由Φ215×72.5mm的35CrMo钢超厚壁无缝钢管制造的高速列车空心车轴的质量达到了规定的技术指标。****,通过前述工作的总结,作者对35CrMo钢的冶炼方式、超厚壁管的轧制工艺及设备和热处理工艺与设备等作出了结论并提出了一些改进建议http://www.sdhdgg.com