目前，铁路运输中的燃料消耗和污染物排放由于其关系到运行成本和环境问题而被铁路部门密切关注。铁路车辆皮重是影响这些参数的主要因素之一。在这一方面，应注意，铁路车辆的车轴可占皮重的10％，并通常是实心的。
此外，由于作为运输系统的铁路的使用增多，因而目前的趋势是，由铁路运输的载荷和重量显著增大，这因而使得施加于铁路车轴上的应变增大，由此要求这些车轴具有更大的材料强度和设计适应性，从而使其具有良好耐用性。
在铁路部门中，对通过管状车轴方案减重的技术的研究从19世纪就已经存在，如B.J.La Mothe在1864年提出的名称为“Improvementin Car Axles”的美国专利44,434中所示。此专利提出，车轴应由通过机械过盈而接合和装配的不同直径的各种管构成。
在1884年提出的名称为“Car Axle”的美国专利293,201的作者Stewart，George W.要求保护一种具有均匀部分的管状车轴发明，其中用于摩擦轴承的轴颈是部分地利用过盈被引入车轴以及轮区域中的实心轴衬。
在1886年提出的名称为“Car Axle”的美国专利352,657的作者Pekham，E.提出一种类似方案，其中指出，作为改进，在车轴的心轴处施加管状内增强部，车轴的心轴可在此后成形以形成摩擦轴承的座，所述摩擦轴承是在当时使用的轴承类型。
在1931年授权的名称为“Improvements in(...)Hollow Shafts”的英国专利GB 360,521的作者Ernest Kreissig并没有具体提到车轴及其制造，但提到先前在中空轴内承受和保持在拉伸应力下的棒(或管)以使中空轴承受压缩应力，从而成比例地补偿由于车轴在正常操作条件下弯曲所致的拉伸应力。
在1933年提出的名称为“Antifriction Wheel and AxleConstruction”的美国专利1,902,910的作者Oelkers，Alfred H.提出将中心管、实心芯棒和轴承组合的车轴和轮的变例，从而以一种组合的方式允许车轴静止且仅轮被转动，这不同于车轴和轮一起转动的传统情况。
在1950年提出的名称为“Vehicle Axle”的美国专利2,512,186的作者Urshel，B.H.提出管道构成方案，并提到其它变例，其类似于具有由车轴形成的环形室和填充以液体的内管的车轴，该液体的功能将是将热量从车轴传到环境中。
在1956年提出的名称为“Railroad Vehicle Axles”的美国专利2,747,918的作者Blackwood，W.提出将传统实心车轴组合在管状车轴内，其空间将填充以弹性材料单元，例如橡胶。在这种情况下，其目的在于减震并均匀地分布载荷，由此防止疲劳问题。
在1958年授权的名称为“Procede pour la fabricationd’essieux de materiel roulant”的瑞士专利CH 376,955的作者Adrianne，J.L.C提出更多的管状车轴变例，其中指出，利用三个阶梯缸以所希望的端部构形而热扎端部的方法。
对于用于制造铁路车轴的材料，一些制造者，例如巴西和北美的制造者，试图遵循美国铁路协会(AAR)的技术规定标准。根据AAR的规定，铁路车轴的成分应满足以下准则，如在下表1中所示。
表1：用于铁路车轴化学成分的AAR技术规定
(AAR标准和推荐常规手册-轮和车轴-车轴，碳钢，热处理-规范M-101-2004年修订)


此后涉及铁路车轴技术的新的发展和管状方案目前被用于高速客车、机车和货车上。
目前，涉及铁路车轴的现有技术一方面包括使用利用满足AAR技术规定的金属合金实心车轴，这些车轴通过被转变为梁的棒料制成，且其机械性能也满足AAR技术规定。
另一方面，涉及铁路车轴的现有技术还包括使用管状车轴。这些车轴通过被机加工穿孔的锻造棒料制成。这些管状车轴比实心车轴的重量小20％，不过，其制造方法导致相当大的原材料浪费并具有高操作成本，而仅换来很少的减重。
现有技术还存在包括锻造而成的无缝管的管状铁路车轴。这些车轴比实心车轴的重量小约40％。
专利文献EP044783A1公开一种制造用于铁路的锻造车轴的方法，所述锻造车轴可以是通过管制成的车轴或仍然为实心件。在此方法中，工件被加热，并然后同时经历镦锻中间部分的步骤和通过关闭模具成形其心轴的步骤。此文献未公开用于改善管状车轴的疲劳、硬度和强度性能的热处理，也未公开用于实现这些相同性能的该车轴的具体成分。
专利文献EP 0052308公开一种高载荷锻造的钢工件，其在被热锻造之后经历淬火。此工件具有重量百分比为0.05-0.25％的碳和重量百分比为1.0-2.0％的锰的含量。此文献未预见将此方法或此工件应用于用于铁路的管状车轴，也未确定或公开将这种工件改为无缝管所必需的各种加工步骤。而且，在此文献中无法预见此工件应呈现的物理性能(例如，屈服强度、拉伸强度、伸长率和疲劳强度)的取值范围。
专利文献US 4,895,700预见用于铁路车辆的车轴，该车轴是实心的并且呈现出以下含量：重量百分比为0.40-0.48％的碳，重量百分比为1.35-1.61％的锰，重量百分比为0.16-0.30％的硅，重量百分比为0-0.23％的铬。这种成分适于形成直径范围为5.33cm-6.6cm的车轴和承受约14.7-19.6吨。因此，此车轴的应用及其显著减小的尺度不同于本发明的车轴，此外，此车轴不具有管状几何形状。
实心车轴所呈现出的强度常常大于承受其所受载荷所必需的强度。这意味着，这些车轴具有高于必需的重量，这导致可避免的车轴制造材料耗费。
另一方面，管状方案(主要在厚度小于穿孔棒料车轴的无缝管的情况下)由此意味着，在相同的载荷条件下，与其它车轴(实心或穿孔棒料)的情况相比，车轴的一些部分将保持承受更大的应力，而其它部分将保持承受更大的应变。

本发明的第一目的是提供一种具有较小重量的管状车轴，其同时具有疲劳强度性能以及改善的屈服强度和拉伸强度，这使其能够承受被施加其上的高应力。
本发明的第二目的是：提供一种管状车轴及其制造方法，该方法节省了制造此车轴所用的材料并具有低生产成本。
本发明的进一步的目的包括：提供一种用于利用先进计算机辅助、生产方法学和检查技术生产具有改进的车轴质量控制的生产管状车轴的方法。
本发明的进一步的目的是：提供一种用于生产管状车轴的方法，其能够实现处理中的静态控制和车轴的确定性能，从而确保车轴适用于不同目的和不同应用。
本发明的目的通过一种用于铁路车辆的由无缝钢管锻造的车轴而实现，所述车轴包括金属钢合金材料，其包括：重量百分比为0.22-0.42％的碳和重量百分比为1.10-1.70％的锰；其中，成品车轴具有的性能如下：520MPa的最小屈服强度；750MPa的最小拉伸强度；和16％的最小伸长率。
所述金属合金材料可包括至少一种以下元素组分：重量百分比最高至0.020％的硫；重量百分比最高至0.020％的磷；重量百分比为0.10-0.45％的铝；重量百分比为0.10-0.35％的硅；重量百分比为0.10-0.30％的钼；重量百分比为0.010-0.050％的铌；和重量百分比为0.05-0.27％的钒。
可替代地，所述金属合金材料包括：重量百分比为0.22-0.32％的碳和重量百分比为1.10-1.40％的锰；或者包括：重量百分比为0.32-0.42％的碳和重量百分比为1.40-1.70％的锰。
可替代地，所述金属合金材料包括：重量百分比最高至0.010％的磷和重量百分比最高至0.010％的硫。
通过旋转并同时经历弯曲载荷而进行测试的车轴样品必须具有的疲劳极限为120MPa，且优选地为170MPa。
本发明的目的还通过一种制造用于铁路车辆的由无缝钢管锻造的车轴的方法而实现，所述方法包括以下步骤：
熔化金属合金材料，产生金属钢合金；
铸造熔化的材料，形成铸锭产品；
在再加热炉中再加热所述铸锭产品，用于穿孔；
将所述铸锭产品穿孔；
将穿孔的产品拉长，形成具有中空部的坯体；
精修所述中空部，将所述具有中空部的坯体转变为无缝管；
锻造所述无缝管，将所述无缝管转变为用于铁路车辆的由无缝管锻造的车轴。
所述方法可进一步包括：在熔化步骤之后，进行二次精炼的步骤，其中对所述金属合金的化学成分进行调节，并进行钙-硅冶金处理；以及在所述二次精炼步骤之后，进行真空除气步骤。
所述铸造步骤可在电磁激励下进行。在所述铸造步骤之后，所述铸锭产品可经历辅助再加热步骤，其中在880℃-1300℃的温度下持续1-48小时的时间。在所述辅助再加热步骤之后，所述方法可进一步包括轧制步骤。
所述用于穿孔的再加热步骤优选地在再加热炉中在1000℃-1300℃的温度下进行。
可替代地，所述方法具有在所述精修中空部的步骤之前执行在820℃-980℃再加热中空部的步骤。在精修中空部之后，仍处于所述无缝管形式的车轴管件经历冷床处理。
优选地，在所述锻造步骤之前，所述无缝管被规格化，其中，所述无缝管在880℃-950℃的温度下保持至少10分钟的均热时间，然后所述无缝管经历空气冷却。
可替代地，在所述锻造步骤之前，所述无缝管被淬火，其中，所述无缝管件的快速冷却通过选自水和油的介质进行。所述无缝管可进一步在再加热炉中回火，其中，所述无缝管在400℃-700℃的温度下保持至少10分钟的均热时间，然后所述车轴管件经历空气冷却。
可替代地，在所述锻造步骤之前，所述无缝管被热整直，并然后进行冷床处理。所述方法还可包括：在所述锻造步骤之前，通过无损检测检查所述管的尺度和表面不连续性的步骤；和/或精修步骤，其包括机加工所述无缝管的整个内表面。在所述机加工之后，可对所述无缝管的内表面进行磨光或者还可对所述无缝管的内表面进行抛光。
优选地，在所述锻造步骤之前，可进行镦锻操作，其中，所述无缝管在将加厚的区域处以800℃-1300℃被加热，然后通过使至少一个镦锻工具的行进而沿轴向施加纵向压力，由此获得镦锻的无缝管。
所述锻造步骤是以热方式进行的，并可利用沿径向振荡并具有不同路线的至少两个凹模、辅助镦锻工具和用于使所述无缝管平移和旋转的操纵器在800℃-1300℃范围内的温度下进行，所述模具、辅助镦锻工具和操纵器接受计算机数控器的命令；或者通过以冷和暖方式在室温至800℃的温度范围内进行的锻造；或者通过热锻造利用至少一个凹模在800℃-1300℃的温度下进行，所述凹模沿轴向和沿径向压缩所述管的端部，从而将所述管转变为锻造的车轴。如果所述锻造是热锻造，则所述方法进一步包括：在所述锻造之后的冷却步骤，其中所述冷却在选自以下介质的介质中进行：空气，强制通风，水，和油。
所述方法可进一步包括：规格化至少一部分所述车轴的步骤，其中，通过使用炉以再加热至880℃-950℃的温度并持续至少10分钟的均热时间，然后在空气中冷却；和/或对至少一部分车轴管淬火的步骤，其中，使用炉以再加热至880℃-950℃的温度并持续至少10分钟的均热时间，然后通过水快速冷却以进行奥氏体化；和/或对至少一部分所述车轴管回火的步骤，其中，使用炉以再加热至400℃-700℃的温度并持续至少10分钟的均热时间，然后进行空气冷却。
可替代地，所述精修步骤包括至少一个以下步骤：对所述管的内表面喷丸处理；整直所述管；在所述管的两端处内机加工出检查孔；在所述管的检查孔的内直径的边缘处机加工出倒角；和在每端处机加工出至少两个螺纹孔和平滑凹部。在所述精修步骤之后，可对至少一部分所述锻造的车轴施加淬火和回火热处理步骤，和进行检查车轴管件表面缺陷的最后步骤。
最后，本发明的目的还通过一种具有在此所述的成分和性能的车轴而实现，所述车轴通过在此所述类型的方法生产。
附图说明
为了更好地理解本发明，本发明的特征和优点将结合用于例示本发明一些优选构造的相应附图进行展示和描述。
图1显示出根据本发明的管状铁路车轴的优选实施例的前视图。
图2显示出根据本发明的管状铁路车轴的优选实施例的前视截面图。
图3显示出根据本发明的管状铁路车轴的端部的细节的前视截面图。
图4是管状铁路车轴的左侧视图。
图5是无缝管和沿轴向移动的镦锻工具的前视截面图。
图6是无缝管在镦锻操作之后的前视截面图，其中端部的厚度增大。
图7显示出无缝管在镦锻操作之后经历平移和旋转的截面图，其中，利用沿径向振荡并具有不同路线的两个开放凹模和辅助轴向镦锻工具。
图8显示出无缝管在镦锻操作之后的前视截面图，其中，利用凹模沿轴向和沿径向压缩所述管的端部，从而减小端部直径。
图9显示出无缝管在一端进行锻造操作之后的前视截面图，其中利用振荡开放凹模或利用半开放的轴向和径向压缩凹模。
图10显示出无缝管在两端进行锻造操作之后的前视截面图，其中利用振荡开放凹模或利用半开放的轴向和径向压缩凹模。
图11显示出根据本发明的铁路管状车轴的制造方法的流程图，其中优选实施例以灰色高亮显示。

图1和2例示出根据本发明的用于铁路车辆的通过无缝管锻造的车轴的优选实施例，图11的流程图例示出制造这种车轴的优选方法。管状车轴的主要部分是：轴颈或轴承座1，防尘罩2，轮座3，和主体4。图2显示出相应部分的壁厚度可以不同。
根据本发明的管状铁路车轴的端部在图3中以高亮显示。车轴优选地在每端具有三个螺纹孔5和凹部6，以固定轴承盖；和倒角7，以利用角度8在锥形尖端之间支撑。端部的内表面9可用于联接超声检查探头以检查轴颈1、防尘罩2以及在一些情况下检查轮座3的一部分。内表面10可用于联接超声检查探头以检查轮座3和主体4。
在图4中，呈现出管状铁路车轴的左侧视图，其中显示出三个螺纹孔5、凹部6、和用于在锥形尖端之间支撑的倒角7。
根据本发明的由无缝管锻造的车轴如图所示地成形而具有不同厚度，即，沿其长度具有不同的材料分布，从而仅在车轴承受较大载荷之处提供更大的坚固性和疲劳强度。这种形状在现有技术中是已知的。
不过，根据本发明的由无缝管锻造的车轴在性能上优于在现有技术中已知的相同形状的车轴，这是因为其包括具有优越机械性能的材料，且所述机械性能利用根据本发明制造这些车轴的方法而进一步增强。根据本发明的由无缝管锻造的车轴的成分及其制造方法，能够适合地确定材料性能以补偿车轴承受的不同载荷。
在此方案中使所述材料适应于应用而考虑到的化学、机械和冶金性能是：化学成分，机械强度(屈服强度，拉伸强度，疲劳极限，伸长率，硬度)和微观结构(相和组分，晶粒尺寸)。大多数这些性能与制造热扎无缝钢管、热锻造和热处理的方法的具体特征相关和有关。
基于前述，已经得出用于构成无缝管车轴的金属钢合金的化学成分，其中包括：重量百分比为0.22-0.42％的碳和重量百分比为1.10-1.70％的锰，金属合金材料具有520MPa的最小屈服强度、750MPa的最小拉伸强度和16％的最小伸长率。
所述成分可进一步包括：低含量的钼、铝、铌、钒和其它金属。例如，金属合金可包括：重量百分比为0.10-0.45％的铝，和/或重量百分比为0.10-0.35％的硅，和/或重量百分比为0.10-0.30％的钼，和/或重量百分比为0.010-0.050％的铌，和/或重量百分比为0.05-0.27％的钒。
在本发明的可替代实施例中，金属合金包括：重量百分比最高至0.020％的硫；和/或重量百分比最高至0.020％的磷；或者更优选地重量百分比最高至0.010％的磷；和/或重量百分比最高至0.010％的硫。
根据本发明的另一个可替代实施例，管状车轴的金属合金包括：重量百分比为0.22-0.32％的碳和重量百分比为1.10-1.40％的锰，且其可进一步包括：重量百分比最高至0.020％的磷，和/或重量百分比最高至0.020％的硫，和/或重量百分比最高至0.10-0.35％的硅，和/或重量百分比为0.010-0.30％的钼，和/或重量百分比为0.10-0.45％的铝，和/或重量百分比为0.010-0.050％的铌，和/或重量百分比为0.05-0.27％的钒。
根据本发明的另一个可替代实施例，管状车轴的金属合金包括：重量百分比为0.32-0.42％的碳和重量百分比为1.40-1.70％的锰，且其可进一步包括：重量百分比最高至0.020％的磷，和/或重量百分比最高至0.020％的硫，和/或重量百分比0.10-0.35％的硅，和/或重量百分比为0.10-0.30％的钼，和/或重量百分比为0.10-0.45％的铝，和/或重量百分比为0.010-0.050％的铌，和/或重量百分比为0.05-0.27％的钒。
金属钢合金的原材料优选地为生铁、废料，或者进一步为生铁和废料的任意比例混合物。
下表2包括根据本发明一个实施例的产品的化学成分中所包含化学元素的范围。
表2：据本发明一个实施例的化学成分的范围(重量百分比)

在设计这种化学成分时，根据在下文中描述的准则仔细地调节每种元素。
锰是固溶体中的置换元素，添加锰可提供更大的强度。
间隙元素，例如碳和氮，应被减少，以实现固溶体中使锰含量最大化的目的，由此提高机械强度。由此，例如主要功能为除氧而且还有利于强度铝以及铌和钼的元素，有助于从基体中去除间隙元素，从而使碳化锰的形成量最少。不过，碳含量不应很低，以确保其与其它元素一起作用所必要的强度且不损害硬化性，这是由于锰也会降低马氏体形成温度，另一方面其通过铝被部分地补偿。
诸如硫和磷之类的元素应尽可能最少，这是因为其与微观夹杂或微观偏析相关，这些因素使材料疲劳强度降低。其它元素，例如硅和其它已提及的元素(C，Mo，Nb)，有助于利用各种硬化机制来提高机械强度，所述硬化机制例如为：固溶，碳化物沉积和晶体细化。
下表3以对比方式例示出根据用于铁路车轴的AAR标准(AAR标准和推荐常规手册-轮和车轴-车轴，碳钢，热处理-规范M-101-2004年修订)的机械性能和晶粒尺寸及其相应热处理的规范、以及本发明一个实施例的机械性能和晶粒尺寸的结果。
表3：根据用于铁路车轴的AAR标准
(AAR标准和推荐常规手册-轮和车轴-车轴，碳钢，热处理-规范M-101-2004年修订)的机械性能和晶粒尺寸及其相应热处理的规范、
以及本发明一个实施例的机械性能和晶粒尺寸的结果。

材料的疲劳极限可通过室温下的旋转弯曲实验室测试进行评估，对于多个样品进行这种测试直至失效，从而为材料建立应力(S)×寿命(N-失效时的循环次数)曲线。样品通过旋转并同时承受弯曲载荷而被测试。这导致交替的弯曲应力，其方式类似于实际规格车轴上所出现的情况。如果弯曲载荷恒定，则结果的最小和最大应力(R)之比总是-1。假定在材料的应力-寿命曲线(S-V)上存在最小应力，则在其之下随着循环次数增大将不会观察到任何失效。此应力被定义为材料的疲劳极限。根据本发明一个实施例的旋转并同时承受弯曲载荷的车轴样品显示出120MPa的疲劳极限。在本发明的另一实施例中，可获得170MPa的疲劳极限。
根据这些化学元素分别给予钢合金材料的不同物理性能，可根据管状车轴应具有的性能(这取决于车轴将被使用的具体应用)的变化而调节此材料的化学成分。由于本发明的方法的多个步骤是借助于计算机数控和电控的，因而可构造此方法以获得具有所希望化学成分的车轴。
借助于图11中呈现的流程图，在下文中呈现车轴制造方法的优选的和可替代的实施例的主要步骤，这与由此获得的车轴本身一起均为本发明的目标。
初始，金属合金原材料被熔化，产生金属钢合金熔化材料。将用于此产品的合金熔化可通过使用LD转换器或电弧炉(EAF)进行，原材料可为生铁、废料或生铁和废料的任意比例混合物。LD转换器应装备有浸没式吹风结构，其在整个处理中能够使用氩气和/或氮气。优选地，该步骤通过根据其自身方案得到的静态和动态模式而总体上由计算机控制。在吹风过程中的自动温度测量和合金的添加计算构成本系统的一部分。此程序确保产品具有必要的低含量的磷和硫。
然后，钢可经历二次精炼，并对化学成分进行调节，以及进行钙-硅冶金处理。这种二次精炼优选地在钢包炉中进行。合金添加、钙-硅处理、吹氩和样品收集应在此设备中进行，优选地以总体上自动的方式进行。通过这种方法，确保以满足产品质量为目标的窄成分范围内生产钢。由于使用惰性气体吹气和使用合成熔渣，因而硫含量可实现相当低的水平。在钢包炉中的二次精炼还改善了微观清洁度，即，较小的夹杂数量和尺寸，并且允许更好的合金元素分布和更好的液态钢温度调节。
当在钢包炉中进行二次精炼之后，材料可在真空下除气，以实现使诸如氧气、氮气和氢气之类气体的含量最少的目的。在此设备中，可达到0.2kPa(2毫巴)的压力，此外，即使在深度真空下也允许注氩。由此，可容易地实现相当低的氢和氧水平。
所述方法进一步包括：铸造熔化材料的步骤，以生产铸锭产品。铸造可为连续的或常规的。
如果进行连续铸造，则钢被引导至连续铸造机，连续铸造机优选地将在电磁激励下起作用。在本发明的优选实施例中，这种机器装备有双电磁激励线圈，双电磁激励线圈相对于元素偏析和中心孔隙提供更好的铸锭材料质量，这也有利于材料疲劳强度。
在以传统方式进行铸造的情况下，在进行下一生产步骤，即，使材料经历穿孔之前，可能有必要将铸锭转变为圆形横截面的铸棒。
在连续或传统铸造之后生产的铸棒形式的产品优选地经历辅助再加热步骤，其中，在880℃-1300℃的温度下持续1-48小时的时间。
通过连续或传统铸造形成的铸棒还被切割为具有适合长度的坯段，在使用到坯段穿孔设备中之前。
在这种辅助再加热之后，尚未获得圆形横截面的棒或坯段可经历轧制步骤，以形成圆形横截面的棒。
在坯段穿孔步骤之前，铸锭产品(可以也经过轧制)经历再加热步骤用于穿孔，其中产品优选地在适合的再加热炉中在1000-1300℃的温度下被加热。
然后，可通过使用具有斜辊的热坯段穿孔机并且利用冲孔机或工艺或包括冲孔机和穿孔机的设备进行穿孔。
在穿孔步骤之后，进行穿孔坯段的拉长，这可利用周期式轧管机、或者通过芯棒轧管机(自动轧管机)或MPM式轧管机或PQF式轧管机或三辊式轧管机、或者利用挤压机进行。可替代地，可使用锻造或任何其它适合类型的市场销售设备进行穿孔坯段的拉长并将其转变为中空坯体。
在拉长之后，根据工业设施设计，可能有必要在精修中空部的步骤之前进行在880℃至980℃的温度下对中空部再加热的步骤，从而将其转变为无缝管。
这种中空部精修步骤可通过使用精轧机类型设备而进行，例如使用定径机类型的热校准机、减径机类型的热减缩辊、或伸展缩减机、或均整机类型的平滑辊，后一种情况适用于已经使用芯棒类型机进行穿孔的坯段的拉长。在热轧拉长步骤之后，无缝管经历中间冷却，其优选地在室温下进行。
在本发明的优选实施例中，坯段通过自动轧制(自动轧管机)被轧制，管的外直径为168.3-365.1mm(6-14英寸)。
在本发明的优选实施例中，在自动层压时，坯段在1100-1300℃或可在1000-1200℃的温度下在步进式炉中再加热。然后，坯段开始热轧步骤，其中，坯段在斜辊机上被穿孔。在穿孔之后，穿孔坯段于是被称为中空坯体，中空坯体被传送至通过热轧的拉长步骤，其优选地利用芯棒轧管机(自动轧管机)进行，通过控制缸开口、引导开口和芯棒位置，由此形成的壁厚相当接近于终端产品规定值。
然后，由此处理形成的中空部再次通过热轧，优选地通过平滑精轧机(均整轧管机)进行，其在具有外直径膨胀的情况下对无缝管进行内外平滑化。
中空部被引导至进行中间冷却，被再加热，并在精轧机上经历最后的轧制。
在生产无缝管的过程的末期，无缝管被引导至冷床，并可根据锻造所需的原材料状态而遵循不同的方式：轧制，规格化或淬火和回火，或者它们的组合。
无缝管当其仍然处于其将在以后被锻造的轧制状态中时，其优选地随后在具有三对辊的旋转式整直机上进行热整直，并之后进行冷床处理。此后的锻造可以冷、暖或热方式下进行。
遵循规格化过程的无缝管保持在冷床中用于冷却，直到完成其转变，然后进行再加热(优选地在步进式炉中)而最高至880-950℃的温度并保持至少10分钟的均热时间。然后，车轴管件经历空气冷却。
遵循淬火过程的无缝管再加热而最高至880-950℃的温度并保持至少10分钟的均热时间。然后，车轴管件经历水或油冷却。
前述的轧制无缝管、或规格化无缝管、或遵循淬火过程的淬火管经历快冷，优选地通过水或油进行快冷。
遵循回火过程的无缝管在再加热炉中被加热，其中，无缝管保持在400-700℃的温度下并保持至少10分钟的均热时间，然后，无缝管经历空气冷却。
在热处理之后且在锻造之前，管被热整直，例如，在旋转式整直机上进行。
在冷却和整直之后，中空部或无缝管被送至进行无损检测，以检测其尺度和不连续性。测量每个件，并记录与壁厚、外直径和长度相关的结果。还分析内和外、纵向和横向、以及可能的倾斜不连续性。自动标记呈现超过允许值的偏差的件，用于分离具有偏差指示的。无损检测可利用具有固定角度音束的超声波进行，或者还可利用具有变化角度音束的超声进行，或者利用涡电流进行，或者还可利用磁颗粒进行。
在下一步的视觉和尺度检查中，标记呈现超过公差极限的不连续性或偏差的件，用于分离出具有相应偏差的部分。然后，将所述件锯断以获得多个子件，并去除之前被标记用于分离的部分。跟踪系统监察和记录从再加热坯段至将其最终切割为多个子件之间的整个过程中确保产品质量所必要的各种操作参数。
根据满足限定应用的车轴设计规范，为了消除在制造无缝管的过程中可能产生的几何缺陷并改善内粗糙度，可能还有必要在锻造之前对中空部进行精修。这种精修优选地通过以下方式进行：利用适合设备对管的一部分或其整个内表面进行机加工、和/或对管的内表面磨光、和/或对管的内表面抛光；然后通过锻造缩减端部。可独立执行这些步骤，或者以这些精修步骤的任意组合执行，或者还可在相同的管上连续执行所有这些步骤。
通过热轧生产的无缝管或中空部(无论是否经过热处理，无论是否经过内精修)然后被引导至进行锻造。在本发明的优选实施例中，如图7中所示，锻造步骤采用热方式，并可在800℃-1300℃温度下执行，其中利用两个或更多个沿径向振荡并具有不同路线的开放凹模14、辅助轴向镦锻工具15、和使无缝管平移和旋转的操纵器(未示出)，凹模14、辅助轴向镦锻工具15和操纵器可以接受计算机辅助数控器的命令。以这种方式，获得如图10中所示的两端锻造的锻造坯管17或如图9中所示的仅一端锻造的坯管。
可替代地，根据图8，通过一个或多个半开放凹模16进行锻造，凹模16沿轴向和沿径向压缩至少一个管端，从而减小其直径并将其转变为锻造毛坯车轴，如图9和10中所示。在该步骤的过程中，车轴优选地通过例如爪之类的支撑部保持悬置。这种支撑部不用于成形管状车轴，而仅用于在模具压缩车轴端部以给予管状车轴所希望形状时保持车轴。这种锻造模式可根据被认为更适合的方式以冷、暖或热方式进行。冷锻造或暖锻造在室温至800℃的温度范围内进行，而热锻造在800℃-1300℃的温度下进行。
锻造过程可通过其它类型的设备进行，而不需前述方式，不过表面精修和尺度公差值可能不适用于产品。在进行热锻造的情况下，加热将被锻造的管件或中空部的端部优选地通过电感炉进行，不过也可在燃烧炉中进行。当达到所希望温度时，中空部位于与其一起进行行进和旋转操作的操纵器上，而同时锻造开放凹模14(也被称为锤)沿径向以变化路线以高频振荡，如图7中所示。这些运动的组合使得能够根据设计中规定的尺度构形形成中空部，如图9中所示。对于每个中空部的相反端重复所述过程，由此限定由无缝管制成的锻造毛坯车轴，如图10中所示。
根据满足限定应用的车轴设计规范，局部增厚可能是必要的，而且其由前述锻造操作导致。在这种情况下，在锻造之前，执行镦锻操作，其中包括：在希望增厚的区域中通过感应炉在800℃-1300℃的温度范围内对无缝管局部加热，然后通过将镦锻工具12行进到无缝管11上而施加纵向压缩力，如图5中所示。在此步骤之后，获得镦锻管13，如图6中所示。
如果管状车轴的锻造以热方式进行，则在锻造之后，车轴还经历冷却步骤，冷却步骤可通过空气、强制通风、水或油进行。
车轴梁可根据加工处理所需的传输状态(例如，锻造或热处理)而遵循不同方式，以根据规范调节微观结构和机械性能。热处理可整体进行，即，在整个梁上进行，或者可只在特定区域的位置上局部进行，例如在锻造端进行。在后一情况下，车轴主体保持中空部的机械性能和微观结构。
将在锻造状态下进行加工处理的梁然后直接进行机加工操作。将经历热处理的梁被引导至相应炉：在局部区域中的处理(感应炉或为此目的专门设计的炉)，和在整个件上的处理(感应炉、连续或分层炉)。
在这两种情况下(局部或整体)的处理操作是相同的。
当在车轴的整体上或其一部分上规格化热处理时，在880℃-950℃的温度下在管状车轴的整体上或其一部分上进行再次奥氏体化。在炉中所保持的时间取决于壁厚，并被限定以确保整个截面将超过奥氏体化温度。优选地，在特定温度范围的均热时间至少为10分钟。冷却利用紧邻加热区之后的空气进行。
在管状车轴的整体上或仅在其一部分上进行回火，其温度范围为400℃-700℃。炉中停留时间取决于壁厚，并被限定以确保整个截面将达到回火温度。优选地，在特定温度范围的均热时间至少为10分钟。冷却利用紧邻加热区之后的空气进行。
在其局部区域中或在其整个长度上经历规格化和回火处理的梁以该次序经历上述两种处理，而经历规格化或回火的梁仅接受相应的一种处理。
在管状车轴的整体上或仅在其一部分上经历淬火的梁，在锻造之后首先经历再次奥氏体化热处理，其温度范围为880℃-950℃且均热时间段为至少10分钟。在再次奥氏体化之后，经历热处理(局部或整体的热处理)被除垢并通过水或油(淬火流体)进行淬火。
在淬火之后，管状车轴也可根据所需的强度水平通过前述回火步骤进行回火，其均热时间大于或等于10分钟。回火也可在规格化之后进行。
在本发明的可替代实施例中，为了加工处理管状车轴，可使其经历规格化、淬火和回火步骤的任意组合。
对应于所包含化学成分和典型冷却速度的微观结构(淬火时例外)，主要包括贝氏体，而且还包括铁素体、珠光体和可能少量的马氏体。
对于淬火和回火材料而言，预期的微观结构主要包括回火马氏体，并可包含微量的贝氏体、铁素体和珠光体，这取决于壁厚。
在热处理之后，所述梁经历精修操作。
根据满足限定应用的车轴设计规范，且可替代地根据锻造之前可用的不同内加工精修方式，可在锻造之后在如图3中所示车轴的内表面9和10上进行喷丸处理。除了去除在可能的热处理中所形成的氧化层以外，喷丸处理由于残余压缩应力而形成冷却硬化材料的薄表面层。该层防止诸如裂纹之类的表面缺陷成核和扩散，从而有利于车轴的疲劳强度。
作为精修步骤，也可进行管状车轴的整直、在管状车轴端部的检查孔的内加工、管状车轴检查孔内直径边界处倒角7的机加工、和在每个端处至少两个螺纹孔和平滑凹入孔6的机加工。根据本发明，可以进行所有这些精修步骤，或者也可进行任意这些步骤的连续组合，这取决于希望制造出的车轴形状和车轴内表面特性。
在手动或自动设备上进行整直，以防止机加工中材料偏斜的问题、内外直径间的偏心和由此的不平衡。
通过机加工整个外表面而去除材料，以获得设计中规定的尺度。
在锻造端的内表面上，根据设计中规定的尺度通过机加工去除材料。该区域可适配一盖，并允许联接超声头，用于检查图1中在轴承座之下的车轴轴颈1和至防尘罩2的部分的过渡半径。通过内表面的检查提供音束的直接入射(无反射)和短路径，主要在常受到与支承其配件相关的损伤的车轴轴颈区域中进行。这有利于在初始阶段检测不连续性，这将是通过常用方法无法检测到的。
除了这些区域以外，车轴的其它部分可从内表面进行检查，例如轮座和车轴主体；其中，通过简单地移除盖并引入具有较小检查头的探头和适合的联接方式(水，溶胶，激光，等等)而实现。
通常，要求在每端设置三个沿周向等距的螺纹孔5，用于固定轴承盖的螺钉，其中这些孔的位置和直径被规格化。
为了使车轴能够在车床尖端之间固定和对中，在端部的内直径的边缘处已形成倒角7，其总角度10与车床支撑部的角度相等。不过，有必要使相反尖端与管状车轴的端部的内直径相容，这是因为，该直径大于如在美国铁路协会(AAR)标准中所述的用于等同实心车轴的标准中通常构建的直径。
由于在一些情况下车轴端孔内直径不足以防止倒角7与螺纹孔5干涉，因而可选地将平滑凹部6引入每个螺纹孔5的起始部。这确保可应用现有标准的盖，并确保这些车轴的可互换性。
在一些表面上规定的精修在原始状态或机加工状态下就被满足，但存在需要磨光的区域，例如，车轴轴颈和防尘罩的过渡半径，从而减轻应力集中，减小尺寸和不连续性发生率，并提高疲劳强度。
车轴的这些和其它区域可经历引入压缩残余应力的技术，例如，滚压网目或喷丸硬化效应，这是因为，这些应力有利于增大疲劳强度。
在精修车轴的步骤之后，根据本发明的方法可进一步包括：在必要时，可在最后检查产品之前进行热处理步骤。热处理优选地包括对管状车轴的至少一部分淬火和回火，也就是说，热处理例如可以仅在车轴的机加工端进行或者也可在整个车轴上进行。
车轴轴颈和/或轮座可借助于用于加热的感应炉局部淬火，并被喷水以快速冷却。这种技术(已用于公路车轴轴颈)通过改变钢的微观结构(主要变为马氏体)而显著提高表面区域的硬度和强度。这些性能提高了疲劳强度和磨损强度，这些现象存在于这些区域中，并通常与铁路车轴的失效相关。由于淬火，因而有必要对淬火区域进行回火。
通过无损检测而最后检查不连续性，可利用具有固定角度音束的超声进行，或者可利用具有变化角度音束的超声进行，或者可利用涡电流进行，或者可利用磁颗粒进行。
在此描述的方法能够使原材料浪费最少，从而进一步降低本发明的管状车轴的制造成本。
根据本发明的方法能够生产出重量相对于实心车轴减小约40％的铁路车轴。同时，利用制造这种车轴所用金属合金的特定成分所带来的优点(这些优点通过制造这些车轴的方法的特性被进一步增强)，本发明提供具有更大强度和疲劳强度的管状车轴，这种车轴呈现出轻质并由此具有优化的能效。
使用工具检查车轴质量并检测车轴表面不规则性，能够对所生产的件的质量进行精确得多的控制，由此能够显著减小误差和缺陷管生产的容限，并能够校正和消除在此制造过程中在一些车轴上形成的确定缺陷。这种效果还通过对所述方法的一些步骤进行静态计算机辅助控制而实现，这还给予所述方法更大的精确性，从而减少在管上的缺陷数量和产品的机械和微观结构可变性的变化。
参照根据本发明的方法的不同的可替代步骤，例如在锻造之前或在精修车轴的步骤中，可利用根据本发明的方法生产出不同物理性能的车轴，其可更适合于铁路运输应用的不同条件。结合形成管状车轴所用材料所提供的优点与由制造方法所提供的优点，本发明能够实现所有所希望的目的，生产低成本车轴，而这种车轴还具有更高的强度和疲劳强度且材料浪费少。