[發明專利]一種高速鐵路用鋼軌及其生產方法和應用

有效

• 申請號: 201510437288.3
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105063490B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 鄧勇;郭華;王春建;袁俊;賈濟海;鄒明;鄧建
• 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: E01B5/02
• 分類號: E01B5/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 嚴政,李婉婉

技術領域

本發明涉及一種高速鐵路用鋼軌及其生產方法和應用。

背景技術

近些年，我國高速鐵路經歷了歷史性的大發展時期，在此期間，已經建成了過萬公里的時速200km、250km和時速350km高速鐵路系統，基本形成了“四橫四縱”高速網絡。高速鐵路由于列車軸重較輕，需要鋼軌強度級別較低，如通常采用HB260級的U71Mn熱軋鋼軌。但是，該鋼軌在高速彎道中的磨損速度較快，需要部分線路開始采用高速熱處理鋼軌來提高彎道鋼軌的使用性能。

在高速線路彎道中，在輪軌早期的接觸階段，由于輪軌匹配度不高，造成其接觸應力過大，前期采用熱軋鋼軌，可以快速地將鋼軌軌距角處的金屬磨損掉，可以有效地減少疲勞傷損的產生。但是在采用高速熱處理鋼軌后，由于其強度和耐磨耗性能提高，其軌距角金屬不易被磨掉，這樣在早期反而會容易造成接觸疲勞傷損，影響鐵路的運營安全。

針對高速鐵路鋼軌的科學使用，國內外研究人員在采取不同措施進行改善，以期使鋼軌使用更為安全，鐵路運輸更為順暢。例如，北美地區的美國、加拿大等通過利用將軌距角處的三段圓弧優化為四段圓弧，使輪軌接觸應力更小。國內鋼軌研究工作者近些年也開始借鑒北美的技術思路來改善輪軌接觸條件，如周清躍、張銀花、田常海等發表的“60N鋼軌的廓形設計及試驗研究”論文中介紹，針對我國鐵路多種型面的車輪在線路上混跑的實際情況，為改善輪軌接觸關系，減少輪軌接觸應力、改善車輛動力學性能，研究設計具有新軌頭廓型的60N鋼軌。仿真結果表明：60N鋼軌與LM，S1002CN和LMA型面車輪接觸時的接觸點基本在軌頭踏面中心區域；60N鋼軌的最大接觸應力和最大Mises等效應力與60鋼軌相比，分別降低約19％和13％。

同時，國內專利CN101921950B“用于高速和準高速鐵路的鋼軌及其制造方法”中公開了本發明公開了一種用于高速和準高速鐵路的鋼軌及其制造方法。通過降低碳含量，并配合軋后控制冷卻的方式，得到具有優良的滾動接觸疲勞性能的鋼軌，所述鋼軌包含的化學成分以重量計為：0.40％～0.64％的C，0.10％～1.00％的Si，0.30％～1.50％的Mn，少于等于0.025％的P，少于等于0.025％的S，少于等于0.005％的Al，大于0少于等于0.05％的稀土元素，總量大于0且小于等于0.20％的V、Cr和Ti中的至少一種，以及余量的Fe和不可避免的雜質。根據該發明的方法制造的鋼軌保持了現有高速鐵路的鋼軌的強度和硬度的同時提高了鋼軌的韌塑性和屈服強度，并提高了形成在鋼軌表層的疲勞微裂紋萌生及擴展所需的能量值，從而在相同條件下可以改善鋼軌的滾動接觸疲勞性能，最終提高鋼軌的使用壽命和運輸安全性。然而該方法雖然提高了高速鋼軌的抗接觸疲勞性能，但是部分降低了鋼軌基體的抗磨耗性能。

發明內容

本發明的目的是克服現有的貨運鐵路在使用早期容易出現接觸疲勞勞損的現狀，提供一種高速鐵路用鋼軌及其生產方法，該高速鐵路用鋼軌具有高強度、高耐磨性和高抗接觸疲勞性能，尤其在使用前期具有優異的耐磨性能和抗接觸疲勞性能。

本發明提供了一種高速鐵路用鋼軌，該高速鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組織構成，所述軌距角的厚度為3-5mm，硬度為290-319HB，延伸率為13.5-17.0％。

本發明還提供了生產本發明的高速鐵路用鋼軌的方法，該方法包括：將終軋后的鋼軌進行快速冷卻，然后對軌距角部位進行快速加熱和保溫；快速冷卻的條件包括：開冷溫度為800-880℃，冷卻速度為2-10℃/s，終冷溫度為360-410℃；快速加熱和保溫的條件包括：以3.0-4.0℃/s的升溫速度將軌距角溫度升高至710-810℃并保溫2-4min。

本發明另外提供了本發明生產高速鐵路用鋼軌的方法生產得到的高速鐵路用鋼軌。

本發明的發明人發現球狀珠光體組織由于其較好的塑形性能和稍低的耐磨耗性能非常適合用作軌距角的金相組織，這樣的軌距角由于具有更好的塑形性能，能被快速磨掉，形成良好的輪軌接觸關系，使鋼軌在使用前期具有良好的耐磨耗性能和抗接觸疲勞性能。本發明的發明人進一步研究發現，為了得到球狀珠光體組織的軌距角，可以在鋼軌的生產后期進行特殊的熱處理，例如先快速冷卻，然后對軌距角部位進行快速加熱和保溫，能夠使軌距角處生成球狀珠光體組織。本發明的方法得到的鋼軌兼具優異的強度、耐磨性和抗接觸疲勞性能。

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明