專利名稱：：鐵路車輪熱處理加熱爐及其熱處理工藝方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明屬于冶金工業(yè)生產(chǎn)的
技術(shù)領域：
，涉及鐵路車輪的制造技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鐵路車輪熱處理加熱爐。另外，本發(fā)明還涉及所述的熱處理加熱爐采用的熱處理工藝方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，高速動車組的運行里程和區(qū)間都不斷擴大。目前，高速動車組的關(guān)鍵部件，包括車輪，都依賴進口，因此實現(xiàn)高速動車組關(guān)鍵部件國產(chǎn)化是當務之急。馬鋼與鐵道部合作承擔了高速動車組車輪的研制開發(fā)任務。從前期試制結(jié)果看，對于CRH2動車組車輪，采用常規(guī)熱處理工藝，車輪綜合性能與國外車輪相比存在明顯差距，突出表現(xiàn)在輻板性能上，主要是輻板強度明顯高于國外車輪，而輻板塑性、韌性顯著低于國外車輪。對所試制車輪和國外車輪解剖分析發(fā)現(xiàn)兩者輻板組織差距很大，前期試制車輪為鐵素體_珠光體組織，而國外車輪為鐵素體_部分球化珠光體組織。眾所周知，珠光體發(fā)生球化后，滲碳體由連續(xù)分布的片狀變?yōu)榉稚⒎植嫉那驙?，成為以軟相鐵素體為基體的組織，會使強度大幅度下降，塑、韌性大幅度提高。因此，要使輻板綜合性能得到實質(zhì)性提高，關(guān)鍵是要控制輻板的組織狀態(tài)。實驗室研究表明，700°CAc3退火均能使珠光體部分球化。但在實物熱處理生產(chǎn)中，要使輻板達到低強度高韌性、輪輞具有高強度高韌性，則必須保證淬火加熱過程中，既使輪輞完全奧氏體化、又使輻板溫度處于700°C-Ac3。馬鋼車輪熱處理加熱爐爐內(nèi)氣氛溫度是均勻的，輻板最薄，總是最先達到目標溫度，高溫保持時間最長，采用常規(guī)加熱無法同時使輪輞溫度>Ac3、輻板溫度<Ac3。因此，要滿足動車組車輪的綜合性能要求，必須尋求新的熱處理工藝或熱處理裝置。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的第一個問題是提供一種鐵路車輪熱處理加熱爐，其目的是在保證車輪輪輞強度的前提下，提高輻板的韌性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為本發(fā)明所提供的鐵路車輪熱處理加熱爐，包括感應加熱裝置、運料小車、上料小車、下料小車、臂式機械手、電控系統(tǒng)，所述的感應加熱裝置的結(jié)構(gòu)是在所述鐵路車輪的踏面外圍，設感應加熱線圈，在所述的鐵路車輪的輪輞的內(nèi)側(cè)面及輪輞的內(nèi)側(cè)面至輻板過渡區(qū)域的相應位置，設感應加熱補償線圈。所述的鐵路車輪熱處理加熱爐設溫度自動控制系統(tǒng)，所述的溫度自動控制系統(tǒng)中設紅外測溫裝置，并根據(jù)紅外測溫裝置測得結(jié)果，自動調(diào)節(jié)所述的感應加熱線圈和感應加熱補償線圈的電流和頻率。所述的鐵路車輪的端面水平設置。按質(zhì)量百分數(shù)計算，所述的鐵路車輪的材料成分包括C0.50%0.69%；Si彡1.1%；Mn彡1.1%；P彡0.035%；S彡0.040%。具體地說，所述的鐵路車輪的材料成分包括C0.60%0.67%；Si0.25%0.28%；Mn0.77%0.79%；P0.010%0.011%；S0.003%0.002%。本發(fā)明所要解決的第二個問題是提供以上所述的鐵路車輪熱處理加熱爐采用的熱處理工藝方法，其發(fā)明目的與上述技術(shù)方案是相同的。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是所述的熱處理加熱爐的熱處理工藝方法的流程如下先對鐵路車輪進行正火、退火處理，以細化晶粒并使鐵路車輪的輻板部位獲得所需的組織狀態(tài)；上料小車將鐵路車輪運至上料處，并定位；臂式機械手將鐵路車輪抓取，并運至運料小車上；運料小車移動至熱處理加熱爐的下方；上移運料小車將鐵路車輪上升至熱處理加熱爐內(nèi)；將鐵路車輪的踏面置于與感應加熱線圈相距感應加熱距離的位置上；鐵路車輪的輪輞內(nèi)側(cè)面與感應加熱補償線圈之間保持感應加熱的距離；采用感應加熱線圈和感應加熱補償線圈對鐵路車輪進行加熱，加熱時旋轉(zhuǎn)鐵路車輪；加熱過程中，所述的溫度自動控制系統(tǒng)根據(jù)紅外測溫裝置測得結(jié)果，自動調(diào)節(jié)所述的感應加熱線圈和感應加熱補償線圈的電流和頻率；加熱完畢后，下移運料小車使鐵路車輪移出熱處理加熱爐；運料小車移動至下料位；臂式機械手將鐵路車輪轉(zhuǎn)運至淬火臺；進行淬火；完成淬火后，臂式機械手將鐵路車輪轉(zhuǎn)運至下料小車上；運送完成熱處理的鐵路車輪的下料小車移走，換上空的下料小車，定位，工藝循環(huán)重新開始。所述的對鐵路車輪進行加熱，是實現(xiàn)對鐵路車輪的輪輞部位的快速加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下。所述的感應加熱補償線圈用于鐵路車輪的輪輞和輻板過渡區(qū)域的加熱，通過所述的溫度自動控制系統(tǒng)控制加熱溫度，使得在加熱結(jié)束時，輪輞全截面的溫度>800oc，輪輞至輻板過渡處<780°c，輻板溫度<760°C，縮小整個輪輞截面的溫差。通過所述的溫度自動控制系統(tǒng)控制加熱溫度，在加熱功率達到500KW時，鐵路車輪的輪輞在700°C以上加熱時間小于lOmin。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，實現(xiàn)了輪輞高強度高韌性、輻板低強度高韌性的工藝目標。兩相區(qū)加熱速度特快、奧氏體溫區(qū)停留時間特短，利于晶粒均勻細化，提高輪輞韌性。能夠?qū)崿F(xiàn)車輪輪輞部位的快速加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下。本發(fā)明具有啟動快、加熱速度快、溫度容易控制、加熱效率高、工藝重復性好、工件表面質(zhì)量好、環(huán)保等優(yōu)點。加熱參數(shù)一經(jīng)確定，對所有同規(guī)格車輪，加熱效果基本一致，沒有現(xiàn)有熱處理加熱裝置的工藝波動性和不穩(wěn)定性。感應加熱補償線圈用于輪輞與輻板過渡區(qū)的加熱，以保證輪輞全截面的溫度>800°C，縮小整個輪輞截面的溫差。溫度自動控制系統(tǒng)根據(jù)紅外測溫結(jié)果自動調(diào)節(jié)電流和頻率，達到控制溫度和溫差的目的。上述技術(shù)方案具有突出的實質(zhì)性特點，并在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上取得了顯著的技術(shù)進步，解決了本領域長期未能解決的技術(shù)難題，充分體現(xiàn)了本發(fā)明的新穎性、創(chuàng)造性和實用性。下面對本說明書各幅附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明圖1為本發(fā)明所提供的感應加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的實施例一中的車輪測溫點位置示意圖；圖3為本發(fā)明的實施例二中的車輪測溫點位置示意圖；圖4為本發(fā)明的實施例一的輪輞各測溫點測溫結(jié)果曲線圖；圖5為本發(fā)明的實施例二的輪輞各測溫點測溫結(jié)果曲線圖。圖中標記為1、鐵路車輪，2、感應加熱線圈，3、感應加熱補償線圈，4、底座。具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。如圖1所示，本發(fā)明提供的是一種鐵路車輪熱處理加熱爐，包括感應加熱裝置、運料小車、上料小車、下料小車、臂式機械手、底座4、電控系統(tǒng)。為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)方案本發(fā)明所提供的鐵路車輪熱處理加熱爐，其中所述的感應加熱裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，是在所述鐵路車輪1的踏面外圍，設感應加熱線圈2，在所述的鐵路車輪1的輪輞的內(nèi)側(cè)面及輪輞的內(nèi)側(cè)面至輻板過渡區(qū)域的相應位置，設感應加熱補償線圈3。所述的輪輞的內(nèi)側(cè)面即車輪帶擋邊的側(cè)面。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)車輪輪輞部位的快速加熱，而輻板溫度低于Ac3。使用本裝置對車輪輪輞進行加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下。實現(xiàn)了輪輞高強度高韌性、輻板低強度高韌性的工藝目標。采用這種裝置進行處理的技術(shù)指標可以達到在功率達到500KW時，輪輞在700°C以上加熱時間小于IOmin；能夠?qū)崿F(xiàn)車輪輪輞部位的快速加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下。加熱結(jié)束時，輪輞全截面的溫度>800°C，輪輞-輻板過渡處<780°C，輻板溫度<Ac3。本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有啟動快、加熱速度快、溫度容易控制、加熱效率高、工件表面質(zhì)量好、環(huán)保等優(yōu)點。本發(fā)明的工藝重復性好。加熱參數(shù)一經(jīng)確定，對所有同規(guī)格車輪，加熱效果基本一致，沒有現(xiàn)有熱處理加熱裝置的工藝波動性和不穩(wěn)定性。兩相區(qū)加熱速度特快、奧氏體溫區(qū)停留時間特短，利于晶粒均勻細化，提高輪輞韌性。感應加熱線圈用于對車輪輪輞部位進行加熱；感應加熱補償線圈用于輪輞與輻板過渡區(qū)的加熱，以保證輪輞全截面的溫度>800°C，縮小整個輪輞截面的溫差。溫度自動控制系統(tǒng)根據(jù)紅外測溫結(jié)果自動調(diào)節(jié)電流和頻率，達到控制溫度和溫差的目的。所述的鐵路車輪熱處理加熱爐設溫度自動控制系統(tǒng)，所述的溫度自動控制系統(tǒng)中設紅外測溫裝置，并根據(jù)紅外測溫裝置測得結(jié)果，自動調(diào)節(jié)所述的感應加熱線圈2和感應加熱補償線圈3的電流和頻率。所述的鐵路車輪1的端面水平設置。按質(zhì)量百分數(shù)計算，所述的鐵路車輪1的材料成分包括C0.50%0.69%；Si彡1.1%；Mn彡1.1%；P彡0.035%；S彡0.040%。具體地說，所述的鐵路車輪1的材料成分包括C0.60%0.67%；Si0.25%0.28%；Mn0.77%0.79%；P0.010%0.011%；S0.003%0.002%。本發(fā)明還提供以上所述的鐵路車輪熱處理加熱爐采用的熱處理工藝方法，其發(fā)明目的與上述技術(shù)方案是相同的。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是所述的熱處理加熱爐的工藝方法的流程如下先對鐵路車輪1進行正火、退火處理，以細化晶粒并使鐵路車輪1的輻板部位獲得所需的組織狀態(tài)；上料小車將鐵路車輪1運至上料處，并定位；臂式機械手將鐵路車輪1抓取，并運至運料小車上；運料小車移動至熱處理加熱爐的下方；上移運料小車將鐵路車輪1上升至熱處理加熱爐內(nèi)；將鐵路車輪1的踏面置于與感應加熱線圈2相距感應加熱距離的位置上；鐵路車輪1的的輪輞內(nèi)側(cè)面與感應加熱補償線圈3之間保持感應加熱的距離；采用感應加熱線圈2和感應加熱補償線圈3對鐵路車輪1進行加熱，加熱時旋轉(zhuǎn)鐵路車輪1；加熱過程中，所述的溫度自動控制系統(tǒng)根據(jù)紅外測溫裝置測得結(jié)果，自動調(diào)節(jié)所述的感應加熱線圈2和感應加熱補償線圈3的電流和頻率；加熱完畢后，下移運料小車使鐵路車輪1移出熱處理加熱爐；；運料小車移動至下料位；臂式機械手將鐵路車輪1轉(zhuǎn)運至淬火臺；進行淬火；完成淬火后，臂式機械手將鐵路車輪1轉(zhuǎn)運至下料小車上；運送完成熱處理的鐵路車輪1的下料小車移走，換上空的下料小車，定位，循環(huán)重新開始。所述的對鐵路車輪1進行加熱，是實現(xiàn)對鐵路車輪1的輪輞部位的快速加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下至700°C。所述的感應加熱補償線圈3用于鐵路車輪1的輪輞和輻板過渡區(qū)域的加熱，通過所述的溫度自動控制系統(tǒng)控制加熱溫度，使得在加熱結(jié)束時，輪輞全截面的溫度>800°C，輪輞至輻板過渡處<780°C，輻板溫度<Ac3，縮小整個輪輞截面的溫差。通過所述的溫度自動控制系統(tǒng)控制加熱溫度，在加熱功率達到500KW時，鐵路車輪1的輪輞在700°C以上加熱時間小于lOmin。下面通過兩個實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細的說明。其中，實施例的參數(shù)均指采用本發(fā)明技術(shù)得到的參數(shù)，對比例的參數(shù)均指用于與相應實施例對照的、采用現(xiàn)有技術(shù)的得到的參數(shù)。表1、實施例一和實施例二及對比例的鐵路車輪化學成分(質(zhì)量百分數(shù))<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例一取兩件同爐號鐵路車輪1，其成分如表1所示，其中一件預先加工好熱電偶測溫孔，位置如圖2所示(如圖中的a、b、c點)；另一件為采用現(xiàn)有技術(shù)的對比例。(圖2為沿鐵路車輪1軸線的剖視圖。)將兩件鐵路車輪1同時進行820°C、時間為Ih的正火，接著進行710°C740°C、時間為Ih退火預處理。然后使用本發(fā)明的上述裝置和上述方法，對加工有測溫孔的一件鐵路車輪1的輪輞進行感應加熱，溫度設定為850°C，輪輞內(nèi)部測溫結(jié)果如圖4所示，加熱結(jié)束后進行淬、回火。(圖4中的a、b、c曲線分別反映圖2中的a、b、c點的相應的溫度變化。)另一件鐵路車輪1按850°CX2h的常規(guī)現(xiàn)有工藝進行淬火加熱，加熱結(jié)束后進行淬回火。將兩件鐵路車輪1進行解剖分析，拉伸試驗和沖擊試驗結(jié)果分別見表2和表3。表2、實施例一及其對比例中的鐵路車輪拉伸試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3、實施例一及其對比例中鐵路車輪沖擊功試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例二取兩件同爐號鐵路車輪1，其成分如表1所示，其中一件預先加工好熱電偶測溫孔，位置如圖3示(如圖中的A、B、C、D、E點)；另一件為采用現(xiàn)有技術(shù)的對比例。(圖3是沿鐵路車輪1軸線的剖視圖。)將兩件鐵路車輪1同時進行820°C、時間為Ih的正火，接著進行710°C740°C、時間為Ih退火預處理。然后使用本發(fā)明的上述裝置和上述方法，對加工有測溫孔的一件鐵路車輪1的輪輞進行感應加熱，溫度設定為860°C，輪輞內(nèi)部測溫結(jié)果如圖5所示，加熱結(jié)束后進行淬、回火。(圖4中的A、B、C、D、E曲線分別反映圖2中的A、B、C、D、E點的相應的溫度變化。)另一件鐵路車輪1按860°CX2h的常規(guī)現(xiàn)有工藝進行淬火加熱，加熱結(jié)束后進行淬、回火。將兩件鐵路車輪1進行解剖分析，拉伸試驗和沖擊試驗結(jié)果分別見表4和表5。表4、實施例二及其對比例中鐵路車輪拉伸試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5、實施例二及其對比例中鐵路車輪沖擊功試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種鐵路車輪熱處理加熱爐，包括感應加熱裝置、運料小車、上料小車、下料小車、臂式機械手、電控系統(tǒng)，其特征在于所述的感應加熱裝置的結(jié)構(gòu)是在所述鐵路車輪(1)的踏面外圍，設感應加熱線圈(2)，在所述的鐵路車輪(1)的輪輞的內(nèi)側(cè)面及輪輞的內(nèi)側(cè)面至輻板過渡區(qū)域的相應位置，設感應加熱補償線圈(3)。2.按照權(quán)利要求1所述的鐵路車輪熱處理加熱爐，其特征在于所述的鐵路車輪熱處理加熱爐設溫度自動控制系統(tǒng)，所述的溫度自動控制系統(tǒng)中設紅外測溫裝置，并根據(jù)紅外測溫裝置測得結(jié)果，自動調(diào)節(jié)所述的感應加熱線圈(2)和感應加熱補償線圈(3)的電流和頻率。3.按照權(quán)利要求2所述的鐵路車輪熱處理加熱爐，其特征在于所述的鐵路車輪(1)的端面水平設置。4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的鐵路車輪熱處理加熱爐，其特征在于按質(zhì)量百分數(shù)計算，所述的鐵路車輪(1)的材料成分包括C0.50%0.69%；Si彡1.1%；Mn彡1.1%；P彡0.035%；S彡0.040%。5.按照權(quán)利要求4所述的鐵路車輪熱處理加熱爐，其特征在于按質(zhì)量百分數(shù)計算，所述的鐵路車輪(1)的材料成分包括C0.60%0.67%;Si0.25%0·28%;Μη:0·77%0·79%;Ρ:0·010%0·011%；S:0.003%0·002%。6.按照權(quán)利要求3所述的鐵路車輪熱處理加熱爐采用的熱處理工藝方法，其特征在于所述的熱處理加熱爐的工藝方法的流程是先對鐵路車輪(1)進行正火、退火處理，以細化晶粒并使鐵路車輪(1)的輻板部位獲得所需的組織狀態(tài)；上料小車將鐵路車輪(1)運至上料處，并定位；臂式機械手將鐵路車輪(1)抓取，并運至運料小車上；運料小車移動至熱處理加熱爐的下方；上移運料小車將鐵路車輪(1)上升至熱處理加熱爐內(nèi)；將鐵路車輪(1)的踏面置于與感應加熱線圈(2)相距感應加熱距離的位置上；鐵路車輪(1)的輪輞內(nèi)側(cè)面與感應加熱補償線圈(3)之間保持感應加熱的距離；采用感應加熱線圈(2)和感應加熱補償線圈(3)對鐵路車輪(1)進行加熱；加熱時旋轉(zhuǎn)鐵路車輪(1)；加熱過程中，所述的溫度自動控制系統(tǒng)根據(jù)紅外測溫裝置測得結(jié)果，自動調(diào)節(jié)所述的感應加熱線圈(2)和感應加熱補償線圈(3)的電流和頻率；加熱完畢后，下移運料小車使鐵路車輪(1)移出熱處理加熱爐；運料小車將鐵路車輪(1)移動至下料位；臂式機械手將鐵路車輪(1)轉(zhuǎn)運至淬火臺；進行淬火；完成淬火后，臂式機械手將鐵路車輪(1)轉(zhuǎn)運至下料小車上；運送完成熱處理的鐵路車輪(1)的下料小車移走，換上空的下料小車，定位，工藝循環(huán)重新開始。7.按照權(quán)利要求6所述的熱處理工藝方法，其特征在于所述的對鐵路車輪(1)進行加熱，是實現(xiàn)對鐵路車輪(1)的輪輞部位的快速加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下至700°C。8.按照權(quán)利要求6所述的熱處理工藝方法，其特征在于所述的感應加熱補償線圈(3)用于鐵路車輪⑴的輪輞的和輻板過渡區(qū)域的加熱，通過所述的溫度自動控制系統(tǒng)控制加熱溫度，使得在加熱結(jié)束時，輪輞全截面的溫度≥800°C，輪輞至輻板過渡處<780°C，輻板溫度<Ac3，縮小整個輪輞截面的溫差。9.按照權(quán)利要求6所述的熱處理工藝方法，其特征在于通過所述的溫度自動控制系統(tǒng)控制加熱溫度，在加熱功率達到500KW時，鐵路車輪(1)的輪輞在700°C以上加熱時間小于IOmin0全文摘要本發(fā)明公開了一種鐵路車輪熱處理加熱爐，其中的感應加熱裝置的結(jié)構(gòu)是在所述鐵路車輪的踏面外圍，設感應加熱線圈，在所述的鐵路車輪的輪輞的內(nèi)側(cè)面及輪輞的內(nèi)側(cè)面至輻板過渡區(qū)域的相應位置，設感應加熱補償線圈。本發(fā)明還公開了所述的熱處理加熱爐的熱處理工藝方法。采用上述技術(shù)方案，實現(xiàn)了輪輞高強度高韌性、輻板低強度高韌性的工藝目標。兩相區(qū)加熱速度特快、奧氏體溫區(qū)停留時間特短，利于晶粒均勻細化，提高輪輞韌性。能夠?qū)崿F(xiàn)車輪輪輞部位的快速加熱，在使輪輞部位完全奧氏體化的同時，輻板部位溫度保持在Ac3以下。本發(fā)明具有啟動快、加熱速度快、溫度容易控制、加熱效率高、工藝重復性好、工件表面質(zhì)量好、環(huán)保等優(yōu)點。文檔編號C21D1/18GK101818239SQ20101013249公開日2010年9月1日申請日期2010年3月22日優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日發(fā)明者孫曼麗,李翔,江波,王世付,蔣培華,趙海,鐘斌,陳剛申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司