CN100443599C - 一种高强度重型钢轨头部的热处理方法 - Google Patents

一种高强度重型钢轨头部的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度重型钢轨头部的热处理方法。其技术方案是：先用帽型感应加热装置对重型钢轨头部进行加热，在50～90秒的时间将重型钢轨的头部表面温度加热到800～1000℃，保温15～25秒；再将重型钢轨头部移到该系统的喷风装置中，通过该系统中的PLC控制器使冷冻式压缩空气干燥机的空气冷却到5～10℃后，冷却和压缩空气通过喷风装置的喷头将重型钢轨头部的表面温度冷却到400～600℃，冷却速度为18～20℃/s；然后进行自然冷却。本发明不仅冷却介质单一、操作简便、工艺稳定，且冷却均匀、能形成珠光体+少量铁素体的金相组织、处理效果好。

Description

一种高强度重型钢轨头部的热处理方法
技术领域
本发明属于钢轨热处理技术领域。具体涉及一种高强度重型钢轨头部的热处理方法。
背景技术
目前，有关高强度重型钢轨的热处理技术主要方式有“先风后雾”和“先风冷后水冷”等淬火热处理工艺方法。这两种热处理工艺方法在重轨加热过程完成后，都要先用压缩空气慢速冷却一段时间，然后用喷雾或喷水的方式加速冷却。如“生产高强度钢轨的热处理和装置”(CN88105864.5)专利技术，将轧制成型的钢轨进行预热、加热、压缩空气冷却、雾冷却和控制变形处理，从而在钢轨头部较深范围内得到高硬度的细珠光体组织。“钢轨热处理方法和装置”(CN92113263.8)技术，是先用双频感应加热装置对钢轨进行预热和加热，然后空冷、压缩空气冷却、喷水冷却和控制热处理变形。但这两种钢轨热处理工艺技术存在如下不足：
1.风冷过程中的冷却介质(风)由工业压缩空气形成，在工业生产过程中，压缩空气与所用空气、生产季节时间和环境温度的影响密切相关，其温度和湿度常常是变化不定的，给高强度重型钢轨的热处理带来了极大的干扰和难以控制；
2.雾是水与空气的产物，受空气压力和水流量波动的影响，作为加速冷却介质存在导热性能不稳定和热能挥发紊流现象，导致热处理过程喷雾冷却的“踹气”现象难以克服；
3.虽然水的导热冷却性能较雾气好，但是水的不易挥发性在高热降温时产生大量雾气，使得热能难以快速通过挥发交换出去而降低热处理的效率，同时水的温度是随着季节、生产时间和工况的变化而变化的，也是不稳定的冷却介质，常常导致热处理不够或过度，严重影响了钢轨热处理的产品质量和性能；
4.携带大量热能的具有不同厚度和流速的雾和水在钢轨表面的随机流动，也严重影响重轨热处理过程的冷却均匀性，往往造成回火过度形成局部硬块和裂纹，严重时产生局部脱落。
发明目的
本发明的目的是提供一种冷却介质单一、冷却均匀、操作简便、产品质量好、节约水、热处理工艺稳定的高强度重型钢轨头部的热处理方法，通过该热处理方法能形成细小珠光体+少量铁素体的金相组织。
为实现上述目的，本发明采用本申请人同日申请的“一种高强度重型钢轨头部的热处理系统”发明专利技术进行热处理，先用该系统的帽型感应加热装置对重型钢轨头部进行加热，在50～90秒的时间将重型钢轨的头部表面温度加热到800～1000℃，保温15～25秒。再将重型钢轨头部移到该系统的喷风装置中，通过该系统中的PLC控制器将进入冷冻式压缩空气干燥机的空气冷却和压缩到温度为5～10℃、压力为4～8Mpa和湿度为5～20％后，冷却和压缩空气通过喷风装置的喷头将重型钢轨头部的表面温度冷却到400～600℃，冷却速度为18～20℃/s。然后进行自然冷却。
喷吹时，喷风装置的喷头分别对准重轨踏面和头部两侧曲面的延伸面进行喷风。
由于采用上述技术方案，在升温加热阶段使用帽型感应加热装置能实现全方位均匀热处理，在冷却阶段以具有较低湿度和恒定温度的单一介质的风来代替不稳定的水和雾，同时用经过恒温低湿处理的压缩空气进行压力和流量控制，对重型钢轨头部进行单一吹风冷却热处理，简称“恒温变流量低湿一次喷风”重型钢轨热处理工艺。用该工艺处理后的重型钢轨不会出现局部马氏体或贝氏体组织，能形成细小珠光体+少量铁素体的金相组织。这是由于风冷的冷速较慢，当轨头表面的温度降低到600℃左右时，喷风带走的热量与中心传导过来的热量基本达到平衡，金属的相变过程相当于奥氏体向珠光体的等温度转变。
本发明不仅冷却介质单一、操作简便、热处理工艺稳定、产品质量好、节约水和环境友好；且由于具有一定压力的高速冷风气流对重型钢轨冷却不存在紊流和汽包热现象，保证了冷却的均匀性，故热处理效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步描述：
本实施例采用本申请人同日申请的“一种高强度重型钢轨头部的热处理系统”发明技术进行热处理，先用该系统的帽型感应加热装置对重型钢轨头部进行加热，在60～80秒的时间将重型钢轨的头部表面温度加热到900～1000℃，保温15～20秒；再将重型钢轨头部移到该系统的喷风装置中，通过该系统中的PLC控制器将进入冷冻式压缩空气干燥机的空气冷却和压缩到温度为5～10℃、压力为5～7Mpa和湿度为6～16％后，冷却和压缩空气通过喷风装置的喷头将重型钢轨头部的表面温度冷却到500～600℃，冷却速度为18～20℃/s；然后进行自然冷却。
喷吹时，喷风装置的喷头分别对准重轨踏面和头部两侧曲面的延伸面进行喷风。
本具体实施方式不仅冷却介质单一、操作简便、热处理工艺稳定、产品质量好；且由于具有一定压力的高速冷风气流对重型钢轨冷却不存在紊流和汽包热现象，保证了冷却的均匀性，故热处理效果好，能形成细小珠光体+少量铁素体的金相组织。
用本实施例和喷水两种冷却方法进行对比试验，采用喷风冷却方法完全不会出现局部马氏体或贝氏体组织，能形成珠光体+少量铁素体的金相组织。这是由于风冷的冷速较慢，当轨头表面的温度降低到600℃左右时，喷风带走的热量与中心传导过来的热量基本达到平衡，金属的相变过程相当于奥氏体向珠光体的等温度转变，其金相组如表1所示。
表1风冷与水冷对比实验参数
冷却方法 喷水冷却 本实施例
  加热温度   920±10℃  920±10℃
  回火温度   610±10℃  610±10℃
  淬火后硬度   HB301～370  HB301～370
  淬火后组织   珠光体+少量马氏体或贝氏体  细小珠光体+少量铁素体

Claims (2)

1、一种高强度重型钢轨头部的热处理方法，其特征在于采用“一种高强度重型钢轨头部的热处理系统”进行热处理，先用该系统的帽型感应加热装置对重型钢轨头部进行加热，在50～90秒的时间将重型钢轨的头部表面温度加热到800～1000℃，保温15～25秒；再将重型钢轨头部移到该系统的喷风装置中，通过该系统中的PLC控制器将进入冷冻式压缩空气干燥机的空气冷却和压缩到温度为5～10℃、压力为4～8MPa和湿度为5～20％后，冷却和压缩空气通过喷风装置的喷头将重型钢轨头部的表面温度冷却到400～600℃，冷却速度为18～20℃/s；然后进行自然冷却。
2、根据权利要求1所述的高强度重型钢轨头部的热处理方法，其特征在于所述的喷风装置的喷头分别对准重轨踏面和头部两侧曲面的延伸面进行喷风。
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