[發(fā)明專利]提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410334751.7
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104060075A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓振宇;鄒明;賈濟(jì)海;郭華;李大東;鄧勇;王春建;袁俊;陳崇木
• 申請（專利權(quán)）人: 攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C21D9/04
• 分類號: C21D9/04;C21D11/00
• 代理公司: 成都希盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 柯海軍;武森濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法，屬于鋼軌材料生產(chǎn)工藝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)外鐵路廣泛使用的鋼軌大多為共析鋼，顯微組織以珠光體為主，同時包含微量鐵素體，具有強(qiáng)韌性匹配良好、性能適中等特點。在運營過程中，受車輪各向復(fù)雜應(yīng)力及摩擦力作用，隨著軌頭表層不斷磨耗，廓形將發(fā)生改變，降低列車運行的平順性；特別是在大運量客貨混運鐵路和重載鐵路的小半徑曲線，內(nèi)股鋼軌易被壓潰，而外股鋼軌側(cè)磨嚴(yán)重，顯著惡化了輪軌接觸關(guān)系，增加了輪軌動力作用，影響了行車品質(zhì)，縮短了鋼軌的服役壽命，增加了鐵路的養(yǎng)護(hù)維護(hù)成本，外股鋼軌的磨耗到限下道是小半徑曲線鋼軌更換的主要原因之一。

目前，對于重載及大運量鐵路的小曲線半徑，主要采用強(qiáng)度級別較高的熱處理鋼軌，通過增加鋼軌的硬度來改善鋼軌的耐磨損性能；同時，還采取了對磨耗嚴(yán)重路段鋼軌涂油以及改善輪軌接觸關(guān)系等措施降低磨耗速率。相比于熱軋鋼軌，熱處理鋼軌由于采用了加速冷卻工藝，依托強(qiáng)烈的細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)，強(qiáng)硬度指標(biāo)較熱軋態(tài)提高可達(dá)30％，同時可獲得與熱軋態(tài)相當(dāng)甚至優(yōu)于熱軋態(tài)的韌塑性指標(biāo)，具有更優(yōu)的強(qiáng)韌綜合性能。然而，由于熱處理鋼軌一般采用壓縮空氣、水霧混合器或液態(tài)水作為加速冷卻介質(zhì)；在熱處理過程中，隨著距離軌頭表層深度的增加，有效冷速不斷降低，導(dǎo)致軌頭深層與表層硬度出現(xiàn)明顯差異，在軌頭踏面下方15mm后硬度可低于表層2-3HRC。在實際服役過程中，隨著軌頭表層不斷磨耗去除，硬度逐步降低，進(jìn)而耐磨損性能隨之降低，鋼軌服役壽命呈快速下降趨勢，不利于提高鋼軌的使用壽命。因此，亟需一種軌頭表層和深層25mm內(nèi)硬度相當(dāng)?shù)匿撥墴崽幚矸椒?，來得到深硬化層的珠光體鋼軌，確保鋼軌持久良好的使用性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法，通過該方法，可以提高鋼軌軌頭部位的硬化層深度。

本發(fā)明提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法，包括以下步驟：

a、自然冷卻：將終軋后的鋼軌自然冷卻，使軌頭踏面中心溫度降至660～730℃；

b、第一階段加速冷卻：將步驟a冷卻后的鋼軌以1.5～3.5℃/s的冷卻速度加速冷卻至軌頭踏面中心溫度為500～550℃；

c、第二階段加速冷卻：將步驟b冷卻后的鋼軌加速冷卻至軌頭踏面中心溫度為450℃以下，其冷卻速度在第一階段加速冷卻的冷卻速度的基礎(chǔ)上增加1.0～2.0℃/s；

d、空冷：停止加速冷卻，將鋼軌空冷至室溫。

其中，第一階段加速冷卻和第二階段加速冷卻均通過向軌頭踏面及兩側(cè)施加冷卻介質(zhì)來進(jìn)行。

本領(lǐng)域常用的冷卻介質(zhì)均適用于本發(fā)明，優(yōu)選為壓縮空氣、水汽混合物、油氣混合物中的至少一種。

本發(fā)明提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法，適用于碳含量為0.75％～0.90％的鋼軌。將含有珠光體鋼軌成分的鋼轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF精煉、RH或VD真空處理后澆鑄為一定斷面連鑄坯后送至步進(jìn)式加熱爐中加熱至1200～1300℃并保溫2h以上，將鋼坯軋制為所需斷面鋼軌；此時，鋼軌的終軋制溫度為850～1000℃。

本發(fā)明提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法，其加速冷卻分為兩個階段，第一階段加速冷卻的最初溫度為660～730℃，冷卻速度為1.5～3.5℃/s，冷卻到溫度為500～550℃時進(jìn)行第二階段的加速冷卻，其冷卻速度比第一階段冷速增加1.0～2.0℃/s，冷卻到450℃以下時，停止加速冷卻。

其中，熱軋后的鋼軌需要經(jīng)自然冷卻到軌頭踏面中心溫度660～730℃再進(jìn)行加速冷卻。這是由于鋼軌自奧氏體相區(qū)連續(xù)緩慢冷卻，到達(dá)相變點并獲得所需的過冷度時發(fā)生相變，由奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變。如果自鋼軌軋制完成后溫度較高時直接開始加速冷卻，由于軌頭表層受冷卻介質(zhì)的直接作用，溫度將快速降低；相比之下，軌頭心部由于僅受到軌頭表層以及一定深度內(nèi)熱量傳輸，溫度也將隨之降低但冷速低于軌頭表層，特別是當(dāng)軌頭表層在相變階段同時釋放相變潛熱，將導(dǎo)致軌頭心部的硬度不僅無法繼續(xù)降低，反而可能會升高，進(jìn)而導(dǎo)致珠光體相變過冷度較小，無法獲得所需的硬度等性能。如果當(dāng)軌頭踏面中心降至660～730℃時再進(jìn)行加速冷卻，可有效規(guī)避上述問題：當(dāng)加速冷卻開始溫度高于730℃時，將出現(xiàn)前述軌頭心部相變過冷度較低導(dǎo)致無法獲得所需性能；當(dāng)加速冷卻開始溫度低于660℃時，由于軌頭表層在加速冷卻初期迅速達(dá)到相變溫度，由于過冷度較大，易于產(chǎn)生貝氏體、馬氏體等異常組織導(dǎo)致鋼軌判廢。因此，第一階段加速冷卻的最初溫度為660～730℃。