CN102049434B - 矫直辊、用于矫直钢轨的设备和钢轨轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矫直辊，矫直辊为回转体，该回转体的纵截面的两侧的至少一部分形成为对称的凹进的弧形，该凹进的弧形的中点与所述纵截面的两侧的中点一致。本发明还提供一种用于矫直钢轨的设备，包括第一矫直辊组和第二矫直辊组，第一矫直辊组包括多个第一辊，该多个第一辊依次与钢轨的轨头接触，第二矫直辊组包括多个第二辊，该多个第二辊依次与钢轨的轨底接触，其中，至少一个第二辊为本发明的矫直辊。本发明还提供一种钢轨轧制方法，包括对钢轨进行矫直，其中，使用本发明的用于矫直钢轨的设备对钢轨进行矫直，使得钢轨的轨底具有朝外凸出的部分。本发明的钢轨轧制方法能够保证矫直效果并可以有效地降低钢轨残余应力。
Description
技术领域
本发明涉及用于矫直辊、矫直钢轨的设备和钢轨轧制方法。
背景技术
钢轨轧制过程包括对加热的钢轨依次进行开坯轧制、中间轧制和精轧以及在钢轨冷却后进行矫直。矫直后可以通过无损探伤等方式检测钢轨的残余应力。国内外研究表明，钢轨残余应力的大小和分布将严重影响钢轨的使用性能。钢轨残余应力越小，对钢轨使用安全越有利。由于钢轨残余应力是在钢轨轧制过程和矫直过程中形成的，因此，现有技术中为了控制或降低钢轨残余应力通常采用方法是降低钢轨矫前弯曲度和矫直压下量。降低钢轨矫前弯曲度的目的是为钢轨矫直时降低矫直压下量提供前提条件，也就是在满足钢轨矫直后平直度要求的同时，尽量降低矫直压下量，从而降低因矫直过程带来钢轨残余应力增加过大的影响。由于降低了矫直压下量，这会影响钢轨的矫直效果，影响钢轨的成型性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矫直辊、一种用于矫直钢轨的设备和一种能够保证矫直效果并降低钢轨残余应力的钢轨轧制方法。
本发明的矫直辊用于矫直精轧后的钢轨，所述矫直辊为回转体，该回转体的纵截面的两侧的至少一部分形成对称的凹进的弧形，该凹进的弧形的中点与所述纵截面的两侧的中点一致。
本发明的用于矫直钢轨的设备包括第一矫直辊组和第二矫直辊组，所述第一矫直辊组包括多个第一辊，该多个第一辊依次与钢轨的轨头接触，所述第二矫直辊组包括多个第二辊，该多个第二辊依次与钢轨的轨底接触，其特征在于，至少一个第二辊为本发明的矫直辊。
本发明的钢轨轧制方法包括对钢轨进行矫直，其中，使用本发明的用于矫直钢轨的设备对钢轨进行矫直，使得钢轨的轨底具有朝外凸出的部分。
本发明的发明人经研究发现，钢轨的残余应力主要集中在轨底，特别是矫直时对轨底的中部会产生拉应力，从而导致轨底的中部出现残余应力集中。本发明的钢轨轧制方法使用本发明的用于矫直钢轨的设备进行矫直，当轨底经过辊面朝内凹进的矫直辊矫直时，轨底的两端首先与矫直辊接触，随着矫直的继续进行，轨底的中部逐渐与矫直辊接触，直到矫直到最后阶段轨底的中部才完全与矫直辊接触，这样就降低了矫直辊与轨底的中部的接触压力，从而降低了矫直后轨底的中部的残余应力，实现了钢轨残余应力的稳定控制。
附图说明
图1是显示矫直前钢轨的横截面形状的示意图；
图2是显示使用本发明的矫直辊矫直钢轨的示意图；
图3是显示矫直后钢轨的横截面形状的示意图；
图4是显示矫直过程的示意图。
具体实施方式
本发明的矫直辊用于矫直精轧后的钢轨，所述矫直辊为回转体，该回转体的纵截面的两侧的至少一部分形成对称的凹进的弧形，该凹进的弧形的中点与所述纵截面的两侧的中点一致。
所述凹进的弧形可以是圆或椭圆的一部分。优选地，如图2所示，所述弧形为圆弧形A⌒A。也就是所述轧辊的辊面包括凹球面的一部分。更优选地，圆弧形A⌒A的弦高可以为0.1mm-0.3mm，弦长可以为200mm-300mm；可选择地，可以使圆弧形A⌒A的曲率半径为20m-45m，从而使所述轧辊具有适当弯曲程度的凹球面。
本发明的用于矫直钢轨的设备包括第一矫直辊组和第二矫直辊组，所述第一矫直辊组包括多个第一辊，该多个第一辊依次与钢轨的轨头接触，所述第二矫直辊组包括多个第二辊，该多个第二辊依次与钢轨的轨底接触，其中，至少一个第二辊为本发明的矫直辊。
优选地，一个第二辊为本发明的矫直辊。更优选地，所述一个第二辊为所述第二矫直辊组中的多个第二辊中最后一个或倒数第二个与轨底接触的辊。
可以通过对现有的辊式矫直辊设备进行改进以得到本发明的用于矫直钢轨的设备。辊式矫直设备包括第一辊组和第二辊组，该第一辊组和第二辊组分别与钢轨的轨头和轨底接触。其中，第二辊组与轨底接触且沿垂直方向位置固定，第一辊组与轨头接触并可以沿垂直方向调节位置以调整压下量。例如，如图4所示，第一辊组包括依次与钢轨轨头接触的2#辊、4#辊、6#辊和8#辊，第二辊组包括依次与钢轨的轨底接触的1#辊、3#辊、5#辊、7#辊和9#辊。可以使用本发明的矫直辊作为7#辊或9#辊，以得到本发明的用于矫直钢轨的设备。下文中以用本发明的矫直辊作为9#辊详细说明本发明的用于矫直钢轨的设备和钢轨轧制方法。
优选地，如图2所示，9#辊纵截面(X方向为9#辊的轴线方向)的两侧为圆弧形A⌒A，从而钢轨经过矫直后，钢轨的横截面如图3所示，轨底横截面形成圆弧形B⌒B。其中，轨底的高度差的最大值为圆弧形B⌒B的弦高。另外，矫直时，钢轨与9#辊的整个朝内凹进的表面接触。因此，轨底凸出并形成与矫直辊的凹进部分完全一致的形状。即9#辊的凹进的圆弧形A⌒A与矫直后轨底的圆弧形B⌒B相同。圆弧形A⌒A和B⌒B的弦高用m(沿图2中Y方向的高度)表示，弦长w为轨底与9#辊接触的宽度并近似等于轨底的宽度。
另外，由图2和数学常识可知，9#辊的凹进的圆弧形A⌒A的弦高m的大小取决于弦长(即9#的高度h)和辊面的弯曲程度。因此，可以根据轨底的宽度w和所需的变形量(即弦高m)选择高度和辊面弯曲程度适当的轨底立辊。由于钢轨的轨底宽度通常为110mm-155mm，优选地，为了对轨底施加适当的变形以更好地实现本发明的目的，可以使9#辊的凹进的圆弧形A⌒A的弦高m为0.1mm-0.3mm，弦长h为110mm-155mm，从而使矫直后的轨底的圆弧形B⌒B的弦高m为0.1mm-0.3mm，弦长h为110mm-155mm。另外，为了保证矫直顺利进行，9#辊的宽度w1可以比弦长w宽8.0mm-10.0mm。
本发明的钢轨轧制方法包括对钢轨进行矫直，其中，使用本发明的用于矫直钢轨的设备对钢轨进行矫直，使得钢轨的轨底具有朝外凸出的部分。
优选地，矫直后，所述钢轨的轨底的朝外凸出的部分的横截面为圆弧形，圆弧形的弦高为0.1mm-0.3mm，弦长为200mm-300mm。
另外，本发明钢轨轧制方法还包括所述方法还包括在对所述钢轨进行矫直前，将所述钢轨加热并对所述钢轨依次进行开坯轧制、中间轧制和精轧。
其中，钢轨的开坯轧制可以使用开坯轧制机架进行轧制；钢轨的中间轧制可以采用万能孔型中间轧制，也就是使用万能可逆孔型轧机进行轧制；所述精轧可以采用万能孔型精轧，也就是使用万能孔型精轧机进行轧制。其中，开坯轧制、万能孔型中间轧制和万能孔型精轧是本领域公知的轧制方法，开坯轧制机架、万能可逆孔型轧机和万能孔型精轧机的操作和使用方法也是本领域公知的，在此不做详细说明。
根据不同规格的钢轨可以设定相应的开坯轧制和中间轧制的轧制道次，精轧和矫直通常为一道次。下面具体说明本发明的钢轨轧制方法。
首先，将钢轨加热到所需的温度，所述钢轨的加热温度为1210℃-1250℃；所述开坯轧制的轧制温度为1150℃-1180℃，截面收缩率为78.5％-81.2％，轧制10道次；所述中间轧制的轧制温度为1020℃-1060℃，所述中间轧制的截面收缩率为61.4％-64.7％，轧制4道次；所述精轧的轧制温度为890℃-950℃，截面缩率为4.7％-7.5％；所述矫直的压下量为29.5-40mm，矫直使得钢轨底部朝外弯曲形成图3所示的形状。精轧后使钢轨冷却1.5-3个小时，然后进行矫直。矫直时钢轨的放置状态为轨头朝上轨底朝下。矫直时，矫直的总压下量为29.5-40mm，例如可以使2#辊、4#辊、6#辊和8#辊的压下量分别为14.0-17.0mm、11.0-14.0mm、4.0-7.0mm、0.5-2.0mm，从而得到各种规格的钢轨。
下面通过实施例说明本发明的钢轨轧制方法的优点。
实施例1
按照上述方法对现有的矫直进行改进以得到本发明的用于轧制钢轨的设备，该改进为用本发明的矫直辊作为钢轨辊式矫直机的9#辊。
使用U75V材料轧制钢轨；首先将钢轨坯料加热至1210℃以进行开坯轧制，开坯轧制的截面收缩率为78.5％；使用上述万能可逆孔型轧机在1060℃进行中间轧制，中间轧制的截面收缩率为61.7％；使用万能孔型精轧机在950℃进行精轧，精轧的截面收缩率为4.7％；钢轨冷却3小时后，钢轨温度低于60℃，使用改进的辊式矫直机进行矫直，矫直压下量为40mm，其中，2#辊、4#辊、6#辊和8#辊的压下量分别为17mm、14mm、7mm、2mm，最终得到规格为75kg/m的钢轨；矫直后采用贴电阻应变片测试应变的方法测得钢轨的残余应力，结果如表1所示。其中，9#辊的宽度w1为160mm，凹进的圆弧形A⌒A的弦高m为0.3mm，弦长w为150mm。
实施例2
按照实施例1的方式轧制钢轨，不同之处在于：将钢轨坯料加热至1220℃以进行开坯轧制，开坯轧制的截面收缩率为79.3％；使用万能可逆孔型轧机在1060℃进行中间轧制，中间轧制的截面收缩率为62.5％；使用万能孔型精轧机在940℃进行精轧，精轧的截面收缩率为5.1％；钢轨冷却2.5个小时后，使用改进的辊式矫直机进行矫直，矫直压下量为37.5mm，其中，2#辊、4#辊、6#辊和8#辊的压下量分别为16mm、14mm、6mm、1.5mm，以得到规格为68kg/m的钢轨。其中，9#辊的凹进的圆弧形A⌒A的弦高m为0.25mm，弦长w为152.4mm。
实施例3
按照实施例1的方式轧制钢轨，不同之处在于：将钢轨坯料加热至1230℃以进行开坯轧制，开坯轧制的截面收缩率为80.6％；使用万能可逆孔型轧机在1050℃进行中间轧制，中间轧制的截面收缩率为62.4％；使用万能孔型精轧机在920℃进行精轧，精轧的截面收缩率为5.5％，；钢轨冷却2.5个小时后，使用改进的辊式矫直机进行矫直，矫直压下量为35mm，其中，2#辊、4#辊、6#辊和8#辊的压下量分别为15mm、13mm、6mm、1mm，以得到规格为60kg/m的钢轨。其中，9#辊的凹进的圆弧形A⌒A的弦高m为0.2mm，弦长w为150mm。
实施例4
按照实施例1的方式轧制钢轨，不同之处在于：将钢轨坯料加热至1240℃以进行开坯轧制，开坯轧制的截面收缩率为80.8％；使用万能可逆孔型轧机在1040℃进行中间轧制，中间轧制的截面收缩率为63.9％；使用万能孔型精轧机在910℃进行精轧，精轧的截面收缩率为6.7％；钢轨冷却2个小时后，使用改进的辊式矫直机进行矫直，矫直压下量为33mm，其中，2#辊、4#辊、6#辊和8#辊的压下量分别为15mm、12mm、5mm、1mm，以得到规格为50kg/m的钢轨。其中，9#辊的宽度w1为140mm，凹进的圆弧形A⌒A的弦高m为0.15mm，弦长w为132mm。
实施例5
按照实施例1的方式轧制钢轨，不同之处在于：将钢轨坯料加热至1250℃以进行开坯轧制，开坯轧制的截面收缩率为81.2％；使用万能可逆孔型轧机在1020℃进行中间轧制，中间轧制的截面收缩率为64.7％；使用万能孔型精轧机在890℃进行精轧，精轧的截面收缩率为7.5％；钢轨冷却1.5个小时后，使用改进的辊式矫直机进行矫直，矫直压下量为29.5mm，其中，2#辊、4#辊、6#辊和8#辊的压下量分别为14mm、11mm、4mm、0.5mm，以得到规格为43kg/m的钢轨。其中，9#辊的宽度w1为120mm，凹进的圆弧形A⌒A的弦高m为0.1mm，弦长w为114mm。
对比例1
按照实施例1的方式轧制钢轨，不同之处在于：矫直时，第二辊组的多个第二辊均为辊面无凹进部分、辊面平直的矫直辊。
实施例1-5和对比例1中的9#辊的宽度w1、9#辊的凹进的圆弧形A⌒A的弦高m(矫直后轨底横截面形成的圆弧形的B⌒B弦高)、轨底的宽度w以及矫直后测得的钢轨的残余应力如表1所示。其中，序号1-5为实施例1-5，序号6为对比例1。
表1
根据国家标准GB2585-2008，轨底的中部的残余应力应当不大于250MPa，钢轨底部的弯曲部分沿从底部到顶部方向的高度应当不大于0.3mm。由表1可见，通过本发明的钢轨轧制方法得到的钢轨满足上述要求。
Claims (12)
1.一种用于矫直钢轨的设备，该设备包括第一矫直辊组和第二矫直辊组，所述第一矫直辊组包括多个第一辊，该多个第一辊依次与钢轨的轨头接触，所述第二矫直辊组包括多个第二辊，该多个第二辊依次与钢轨的轨底接触，其特征在于，至少一个第二辊用于矫直精轧后的钢轨，所述至少一个第二辊为回转体，该回转体的纵截面的两侧的至少一部分形成对称的凹进的弧形，该凹进的弧形的中点与所述纵截面的两侧的中点一致。
2.根据权利要求1所述的用于矫直钢轨的设备，其中，所述凹进的弧形为圆弧形。
3.根据权利要求2所述的用于矫直钢轨的设备，其中，所述圆弧形的弦高为0.1mm-0.3mm，弦长为200mm-300mm。
4.根据权利要求2所述的用于矫直钢轨的设备，其中，所述圆弧形的曲率半径为20m-45m。
5.根据权利要求1所述的用于矫直钢轨的设备，其中，一个第二辊为所述回转体。
6.根据权利要求5所述的用于矫直钢轨的设备，其中，所述一个第二辊为所述第二矫直辊组中的多个第二辊中最后一个或倒数第二个与钢轨的轨底接触的辊。
7.一种钢轨轧制方法，该方法包括对钢轨进行矫直，其中，使用权利要求1-6中任意一项所述的用于矫直钢轨的设备对钢轨进行矫直，使得钢轨的轨底具有朝外凸出的部分。
8.根据权利要求7所述的钢轨轧制方法，其中，所述矫直的压下量为29.5～40mm。
9.根据权利要求7或8所述的钢轨轧制方法，其中，矫直后，所述钢轨的轨底的朝外凸出的部分的横截面为圆弧形，所述圆弧形的弦高为0.1mm-0.3mm，弦长为200mm-300mm。
10.根据权利要求7或8所述的钢轨轧制方法，其中，所述钢轨轧制方法还包括在对所述钢轨进行矫直前，将所述钢轨加热并对所述钢轨依次进行开坯轧制、中间轧制和精轧。
11.根据权利要求10所述的钢轨轧制方法，其中，所述中间轧制为万能孔型中间轧制，所述精轧为万能孔型精轧。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述钢轨的加热温度为1210℃-1250℃；所述开坯轧制的轧制温度为1150℃-1180℃，截面收缩率为78.5%-81.2％；所述中间轧制的温度为1020℃-1060℃，所述中间轧制的截面收缩率为61.4%-64.7％；所述精轧的轧制温度为890℃-950℃，截面收缩率为4.7%-7.5％。
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