[發明專利]提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法

有效

• 申請號: 201410334751.7
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104060075A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 韓振宇;鄒明;賈濟海;郭華;李大東;鄧勇;王春建;袁俊;陳崇木
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團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: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 柯海軍;武森濤

技術領域

本發明涉及提高鋼軌硬化層深度的熱處理方法，屬于鋼軌材料生產工藝領域。

背景技術

目前，國內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，受車輪各向復雜應力及摩擦力作用，隨著軌頭表層不斷磨耗，廓形將發生改變，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，內股鋼軌易被壓潰，而外股鋼軌側磨嚴重，顯著惡化了輪軌接觸關系，增加了輪軌動力作用，影響了行車品質，縮短了鋼軌的服役壽命，增加了鐵路的養護維護成本，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，還采取了對磨耗嚴重路段鋼軌涂油以及改善輪軌接觸關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，依托強烈的細晶強化效應，強硬度指標較熱軋態提高可達30％，同時可獲得與熱軋態相當甚至優于熱軋態的韌塑性指標，具有更優的強韌綜合性能。然而，由于熱處理鋼軌一般采用壓縮空氣、水霧混合器或液態水作為加速冷卻介質；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，導致軌頭深層與表層硬度出現明顯差異，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內硬度相當的鋼軌熱處理方法，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。

發明內容

本發明解決的技術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施加冷卻介質來進行。

本領域常用的冷卻介質均適用于本發明，優選為壓縮空氣、水汽混合物、油氣混合物中的至少一種。

本發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自然冷卻到軌頭踏面中心溫度660～730℃再進行加速冷卻。這是由于鋼軌自奧氏體相區連續緩慢冷卻，到達相變點并獲得所需的過冷度時發生相變，由奧氏體向珠光體轉變。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，特別是當軌頭表層在相變階段同時釋放相變潛熱，將導致軌頭心部的硬度不僅無法繼續降低，反而可能會升高，進而導致珠光體相變過冷度較小，無法獲得所需的硬度等性能。如果當軌頭踏面中心降至660～730℃時再進行加速冷卻，可有效規避上述問題：當加速冷卻開始溫度高于730℃時，將出現前述軌頭心部相變過冷度較低導致無法獲得所需性能；當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到相變溫度，由于過冷度較大，易于產生貝氏體、馬氏體等異常組織導致鋼軌判廢。因此，第一階段加速冷卻的最初溫度為660～730℃。