CN1032656C - 钢轨热处理方法和装置 - Google Patents

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本发明属于钢轨热处理技术。一种生产高强度钢轨的热处理方法，其步骤是：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。由于钢轨冷却采用“先风后水”热处理方法，可使其具有工艺稳定、操作简便、性能好等特点。喷风装置中喷嘴轴线与喷头表面有一定夹角，喷嘴呈梅花式分布，提高了冷却效果，节省了压缩空气耗量。

Description

钢轨热处理方法和装置
本发明属于一种用于钢轨的热处理技术。
作为现有钢轨热处理技术，中国专利88105864.5详细记叙了一种生产高强度钢轨的热处理方法。该方法是先用工频感应整体预热，再用中频加热钢轨头部到淬火温度，然后用压缩空气冷却，随后喷雾冷却(简称“先风后雾”淬火工艺)上述工艺存在如下不足：①雾是水与空气的混合物，易受空气压力，水流量波动的影响，国内外长期实践证明，喷雾冷却时所存在的“喘气”现象始终难于克服。上述原因将势必影响淬火工艺的稳定性和产品性能；②要控制钢轨变形量在允许范围内，必须控制轨头温度高于轨底温度在50～100℃范围内，这给操作者带来一定的难度；③用压缩空气冷却的喷风装置结构不太合理，致使高速喷出的气流与钢轨表面返回的气流之间干扰严重，影响了冷却效果，因此压缩空气耗量较大，达40～70m3/min。
本发明的目的是克服上述专利的缺点，即以稳定的单一介质的水来代替不稳定的双介质的雾进行淬火冷却，简称“先风后水”淬火工艺。该工艺能保证热处理工艺的稳定性，产品质量好。本发明的另一目的是，提供一种使高速喷出气流与从钢轨表面反射气流之间互不干扰，压缩空气耗量低而冷却效果好的喷风装置。
本发明所提供的一种生产高强度钢轨的热处理方法，其步骤是：先将钢轨用工频感应加热装置整体预热，使其以预定的加热速度预热到如下温度：轨头560～650℃，轨底460～560℃。再用中频感应加热装置对其头部加热至预定的热处理温度，一般是860～1020℃(指轨头表面温度)，然后在自然环境下空冷到预定的温度范围，一般是790～720℃，以使钢轨头部温度均匀，并有利于适当加深硬化层和减少冷却介质耗量。随后用配置在钢轨头部周围的喷风装置，以20～40m3/min的流量将压缩空气喷向钢轨头部，使其以2.5～15℃/s的冷却速度冷却到600～350℃。接着，用配置在钢轨头部周围的喷水冷却装置，以0.55～0.85m3/h的流量将20～50℃的温水喷向钢轨头部，使其以4.8～17.5℃/s的冷却速度冷却到500～250℃，从而保证钢轨头部表面向里至15～25mm范围内获得硬度均匀下降的细珠光体组织，其维氏硬度为400～306(布氏硬度为390～300HB)。喷水冷却后的轨头温度的确定，不仅要考虑所获得的金相组织，还要考虑使轨头与轨底间保持一定的温差，其范围是轨头温度低于轨底温度0～75℃，或轨头温度高于轨底温度0～45℃，以控制钢轨经热处理后沿长度方向的变形量小于100mm/25m。
在整个热处理过程中，钢轨相对于热处理装置单向连续运动，其速度可达到1.0～1.8m/min。
所述的喷风装置，是由冷却钢轨轨头踏面的喷头和冷去轨头两侧面的喷头组成。各喷头内有数十个呈梅花式布置的喷嘴，喷嘴中心线与喷头表面的夹角α为79～45°，即喷嘴中心线与钢轨纵向中心线间的夹角为11～45°，喷嘴内径为1～8mm。为了分别调节踏面和两侧面的冷却速度，各喷头分别与压缩空气源的控制阀相接。打开控制阀，压缩空气从喷嘴高速喷向轨头。由于高速气流与钢轨纵向轴线成一定夹角，使得喷出气流顺畅，能充分进行热交换，因此，压缩空气耗量减少到20～40m3/min。
采用本发明可达到如下效果：
①由于本发明所采用的是先风冷后水冷，均是稳定的单一介质，操作者易于控制和调节。因此，工艺稳定生好，可保证淬火质量的均匀性。用该方法生产的钢轨质量与“先风后雾”法相比，其性能指标有所改善，详见表1。
表1    60kg/m钢轨热处理后性能指标对比
淬火方法   钢轨移送速度(m/min)   压缩空气消耗量(m3/min) 硬化层深度(mm)  σb(MPa)    σ0.2(MPa) δ5(％)
原发明 先风后雾     1.21      55    ≥15    1175     825     11
本发明 先风后水     1.28      32    ≥15     1249     845     13
②采用本发明所述的喷风装置，消除了高速气流间的干扰，改善了冷却效果，因此压缩空气消耗量可节约20～50％。
③采用本发明所述的方法组织生产，允许轨头与轨底间的温差范围较大，这给操作者带来很大方便。
本发明可用于50、60、75kg/m等型号的各种材质的钢轨热处理。
图1为本发明所述方法的实例侧视图。
图2喷风装置安装示意图。
图3喷风装置侧视图。
图4为60kg/m钢轨热处理后的横截面上布氏硬度测量结果。
下面就本发明的要点结合附图举例，予以详细说明。
图1为本发明的实施例。送料辊1以1.0～1.8m/min的速度将钢轨6连续单向地送入热处理装置中进行热处理。预热装置2为工频感应加热器，它全罩在钢轨上，利用所产生的感应电流将钢轨各部位分别预热到460～650℃。加热装置3为中频感应器，它仅罩在钢轨头部，利用所产生的感应电流将钢轨头部加热到860～1020℃。然后，使钢轨在自然环境温度下空冷到790～720℃之间的适当温度，以达到钢轨头部温度的进一步均匀。喷风冷却装置4，以20～40m3/min的流量将压缩空气喷向钢轨头部，使其以2.5～15℃/s的冷却速度冷却到600～350℃，再用配置在钢轨头部周围的喷水冷却装置5，以0.55～0.85m3/h的流量将20～50℃的温水喷向钢轨头部，使其以4.8～17.5℃/s的冷却速度冷却到500～250℃，并且使轨头与轨底间保持一定的温差，即轨头温度低于轨底温度0～75℃；或轨头温度高于轨底温度0～45℃。这样，可使钢轨热处理后沿长度方向的变形量小于100mm/25m。
在图2中，喷风装置4由喷头7和2个(或2组)喷头8组成，喷头7用于冷却钢轨踏面。喷头8用于冷却轨头两侧。它们分别接至压缩空气源控制阀。各喷头上有数十个喷嘴9(图3)，喷嘴轴线与喷头表面间的夹角α为79～45°，喷嘴内径为1～8mm，喷嘴9呈梅花式布置。
实施例
60kg/m钢轨其化学成分为：0.75％C，0.20％Si，0.78％Mn，0.019％P，0.023％S，其余为铁和微量元素。钢轨在1.28m/min的移送速度下，用本发明进行下列条件的热处理：先经工频感应加热装置预热，钢轨头部温度580℃，轨底520℃；再用中频感应加热装置加热轨头踏面到900℃；随后空冷到760℃；喷风装置用流量为32m3/min的压缩空气喷吹钢轨头部，使其以9.6℃/s的冷却速度冷却到510℃；再用流量为0.78m3/h的30℃温水喷向钢轨头部，使其以10.5℃/s的冷却速度冷却到280℃，并使钢轨头部温度比轨底温度低10℃。钢轨按此法热处理后的机械性能为：σb＝1301.7MPa，σ0.2＝890.3MPa，δ5＝14.1％，硬化层深度≥15mm，轨头横截面上各点布氏硬度值分布见图4。在25m钢轨上，沿长度方向的变形量为23mm。

Claims (4)

1、—种生产高强度钢轨的热处理方法，其特征是：先将钢轨用工频感应加热装置整体预热到如下温度，轨头560～650℃，轨底460～560℃；再用中频感应加热装置将轨头表面加热至860～1020℃；随后空冷到790～720℃；用喷风装置将20～40m3/min的压缩空气喷冷轨头，使其以2.5～15℃/s的冷却速度冷至600～350℃；喷风装置中的喷嘴轴线与喷头表面的夹角为79～45°；用配置在轨头周围的喷水装置以0.55～0.85m3/h的流量将20～50℃的水喷向轨头，使其以4.8～17.5℃/s的冷速降至500～250℃。
2、根据权利要求1所述的方法，其特是：在喷水冷却后，使其轨头与轨底间保持一定的温度差，其范围是轨头低于轨底0～75℃，或是轨头高于轨底0～45℃。
3、一种钢轨热处理用的喷风装置，它是由冷却钢轨踏面的喷头和冷却两侧的喷头所组成，其特征是：各喷头内有数十个呈梅花式分布的高速喷嘴，喷嘴轴线与喷头表面的夹角α为79～45°，喷嘴内径1～8mm。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征是：处于轨头踏面的喷头和处于轨头两侧的喷头分别与压缩空气的气源控制阀相接。
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