高速列車軸用無縫鋼管的軋制及軸的熱處理工藝研究.pdf

1、高速列車是各工業(yè)國(guó)表征自己科技水平及鐵路運(yùn)輸發(fā)展程度的重要標(biāo)志。法國(guó)高速電氣列車2007年4月3日在行駛試驗(yàn)中時(shí)速達(dá)到574.8公里，打破了1990年前由該國(guó)高速電氣機(jī)車創(chuàng)下的時(shí)速515_.公里的有軌鐵路行駛速度世界紀(jì)錄。我國(guó)鐵路經(jīng)六次大提速后，主要干線列車時(shí)速已達(dá)200公里以上水平。從而，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了較好的運(yùn)輸保障。 隨著列車運(yùn)行速度的提高，對(duì)鐵道和列車的性能均提出了更高更嚴(yán)的要求。列車的車軸是其行走部分的重要零

2、件，它的質(zhì)量好壞不僅決定了列車可以運(yùn)行的速度，還直接影響到列車運(yùn)輸?shù)陌踩?國(guó)內(nèi)普通列車的車軸通常用40鋼或50鋼制造。但是，碳素結(jié)構(gòu)鋼淬透性差，而車軸尺寸及截面尺寸均較大，通常只能是正火處理以得到較細(xì)片狀珠光體組織后再加工成車軸，故其綜合力學(xué)性能較低而難以滿足高速列車對(duì)車軸性能的要求。為了解決此問題，考慮到車軸軸重、失效原因、應(yīng)力分布特點(diǎn)和狀態(tài)、斷裂韌度及熱處理工藝等諸多因素，中國(guó)鐵科院和中國(guó)鐵路物資成都分公司提出了對(duì)車軸材料

3、的選用和性能的要求，即選用35CrMo鋼熱軋成超厚壁無縫鋼管作為材料來制造高速列車的車軸。 攀成鋼成都無縫鋼管廠經(jīng)過分析、研究、試驗(yàn)和試軋，生產(chǎn)出了一批能滿足技術(shù)要求的Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無縫鋼管供給了制造該零部件的廠家用。 本論文在介紹了當(dāng)前各工業(yè)國(guó)家高速列車車軸用材料的發(fā)展概況之后，分析了高速列車車軸運(yùn)行時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)和分布，軸重的影響、安全儲(chǔ)備(沖擊韌度及斷裂韌度)和失效原因等。繼而，介紹了3

4、5CrMo鋼的合金化原理、相關(guān)的物理常數(shù)、斷裂韌度范圍及其熱處理特點(diǎn)。隨后，重點(diǎn)進(jìn)行了如下兩方面的分析、研究及試驗(yàn)工作。 一、仔細(xì)地了解并分析了規(guī)格為Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無縫鋼管的冶金過程，特別是熱軋工藝試驗(yàn)過程及其軋制生產(chǎn)過程。解剖并分析了該種無縫鋼管的冶金質(zhì)量，指出了其偏心度較大的不足，產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施。 二、對(duì)35CrMo鋼熱處理工藝制度進(jìn)行了分析和試驗(yàn)后用于指導(dǎo)了車軸的熱處理生產(chǎn)。首先在

5、實(shí)驗(yàn)室用試樣進(jìn)行了淬、回火工藝試驗(yàn)。對(duì)樣品進(jìn)行了金相分析、力學(xué)性能、SEM和TEM分析和試驗(yàn)后，確定了能滿足使用技術(shù)指標(biāo)并具有良好的斷裂韌度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能的最佳調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)。隨后，在重慶大江機(jī)械制造廠對(duì)車軸進(jìn)行了調(diào)質(zhì)熱處理。在實(shí)際處理車軸時(shí)，因經(jīng)粗加工后的車軸仍舊有截面尺寸厚、重量大和孔徑較小等特點(diǎn)，采用125kw較深的非標(biāo)準(zhǔn)井式電阻爐對(duì)其進(jìn)行淬火加熱后，選擇冷卻能力較油強(qiáng)并可調(diào)整淬火烈度的聚合物水溶性淬火介質(zhì)冷卻淬火。從而

6、，有效地防止了油淬火初時(shí)沖火，沖油、易失火及惡化車間工作環(huán)境等毛病。另外，還克服了因油的冷卻能力不足，使厚壁管中部偏內(nèi)側(cè)處易形成上貝氏體及其它非馬氏體組織而嚴(yán)重惡化車軸的力學(xué)性能。為此，采用聚合物水溶液冷卻介質(zhì)在工廠進(jìn)行了實(shí)際熱處理生產(chǎn)試驗(yàn)。經(jīng)過850℃±10 oc加熱2.5小時(shí)后淬入13.5％濃度的聚合物水溶液內(nèi)淬火，再575℃±10℃3.5小時(shí)回火使這種由Φ215×72.5mm的35CrMo鋼超厚壁無縫鋼管制造的高速列車空心車軸的質(zhì)