CN104561497A - 道岔轨制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道岔轨制造方法，包括铸造钢坯、钢坯加热、保温、除磷、轧制的步骤，还包括将带有余热的道岔轨冷却至650～900℃；对道岔轨喷吹冷却介质，温度降至400～550℃；使道岔轨冷却至室温；对道岔轨进行感应加热使温度达到800～950℃，冷却至600～800℃；对道岔轨的轨头部分喷吹冷却介质，降至400～550℃；冷却至室温。本道岔轨制造方法，先利用道岔轨轧制余热进行热处理，再利用感应加热的方式对道岔轨加热，并进行第二次热处理，进一步细化珠光体组织，与传统方法制造的道岔轨相比，其抗拉强度提高8％左右，轨头硬度提高11.3％左右，磨损量减少37.7％左右，同时道岔轨的延伸率和韧性也有提高。

Description

道岔轨制造方法

技术领域

本发明涉及钢轨制造领域，具体的是一种高耐磨的道岔轨制造方法。

背景技术

近年来，我国铁路运输向着大轴重、高速度发展，对线路铺设中的铁路及道岔轨提出了更高的要求。其中，道岔轨是连接铁路和交叉的重要设备，其作用在于引导列车从一股轨道转入另一股轨道，在上述列车转轨过程中，道岔轨要承受巨大外力，这导致道岔轨成为铁路运输设施中最脆弱的部件。在我国某些大轴重线路上，道岔轨的平均寿命仅为1个月，频繁的轨道更换带来的是运输效率降低，成本增加，对行车也带来安全隐患。同时，道岔轨销售价格也比普通钢轨高出很多，一组进口道岔轨售价甚至达到上百万。

为了延长道岔轨的使用寿命，部分道岔轨生产厂家利用轨道轧制后的带有的余热，向轨道喷吹冷却介质，促使道岔轨加速冷却，从而减小道岔轨钢材组织的珠光体片层间距，提高道岔轨的强韧性和耐磨性。尽管如此，这种道岔轨的使用寿命依然不够理想，行业内仍然需要具有更高性能和更长使用寿命的产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种道岔轨制造方法，与传统利用道岔轨轧制余热进行热处理的产品相比，可以进一步提高道岔轨强度、硬度和耐磨性，延长使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

道岔轨制造方法，包括钢水铸造成钢坯、钢坯加热、保温、除磷、轧制的步骤，还包括顺序进行的如下步骤：

A、将带有轧制余热的道岔轨冷却至轨头踏面中心温度650～900℃；

B、对道岔轨喷吹冷却介质，使喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直至轨头踏面中心温度降至400～550℃；

C、使道岔轨冷却至室温；

D、对道岔轨进行感应加热使轨头踏面中心温度达到800～950℃，将感应加热后的道岔轨冷却至轨头踏面中心温度为600～800℃；

E、对道岔轨的轨头工作侧、轨头非工作侧和轨头踏面中心喷吹冷却介质，使喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直至轨头踏面中心温度降至400～550℃；

F、使道岔轨冷却至室温。

进一步的，所述步骤B是对道岔轨的轨头工作侧、轨头非工作侧、轨头踏面中心和轨底中心喷吹冷却介质；所述步骤C中是对轨头工作侧喷吹冷却介质使道岔轨冷却至室温，喷吹位置的冷却速度为1～3℃/s。

进一步的，所述步骤A是进行空冷；所述步骤B、C和E喷吹的冷却介质为空气或水雾混合气，所述步骤F是对道岔轨的轨头工作侧、轨头非工作侧、轨头踏面中心和轨底中心喷吹空气或水雾混合气，使道岔轨冷却至室温，喷吹位置的冷却速度为3～10℃/s。

进一步的，所述步骤F中喷吹的水雾混合气是采用0.1～0.2MPa的风压配合200～350L/h的水量混合喷出。

进一步的，还包括步骤G消除道岔轨内部应力。

进一步的，所述步骤G是采用振动时效处理消除道岔轨内部应力。

进一步的，所述步骤D中感应加热为中频感应加热，即感应加热所用交流电为1～10KHZ，道岔轨在感应加热装置中的行进速度为600～1000mm/min。

进一步的，所述钢水铸造成钢坯步骤所用的钢水为珠光体钢水，所述钢坯加热步骤的钢坯温度为1200～1300℃，所述保温步骤保温时间为3～8h。

进一步的，所述钢水铸造成钢坯步骤的钢水中添加铬元素和钒元素，按重量百分比铬元素占合金总质量的0.2～0.6％，钒元素占0.04～0.15％。

本发明的有益效果是：本道岔轨制造方法，道岔轨轧制成型后，先利用道岔轨轧制余热进行热处理，再利用感应加热的方式对道岔轨进行加热，并进行第二次热处理，进一步细化珠光体组织，与传统利用轧制余热进行一次热处理的道岔轨相比，其抗拉强度提高8％左右，轨头硬度提高11.3％左右，磨损量减少37.7％左右，同时道岔轨的延伸率和韧性也有提高。

附图说明

图1是道岔轨一种实施例的断面示意图；

图2是道岔轨拉伸强度测试时的取样位置示意图；

图3是道岔轨硬度测试时的测试位置示意图；

图4是表1～3中对比例2#的金相图；

图5是表1～3中实施例8#的金相图；

图中附图标记为：1-轨头、11-轨头非工作侧、12-轨头工作侧、13-轨头踏面中心、2-轨底、3-轨腰、51-拉伸强度测试的取样位置、52-轨头断面a1测试点位、53-轨头断面a1测试点位。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

道岔轨制造方法，包括钢水铸造成钢坯、钢坯加热、保温、除磷、轧制的步骤，还包括顺序进行的如下步骤：

A、将带有轧制余热的道岔轨冷却至轨头踏面中心13温度650～900℃；

B、对道岔轨喷吹冷却介质，使喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直至轨头踏面中心13温度降至400～550℃；

C、使道岔轨冷却至室温；

D、对道岔轨进行感应加热使轨头踏面中心13温度达到800～950℃，将感应加热后的道岔轨冷却至轨头踏面中心13温度为600～800℃；

E、对道岔轨的轨头工作侧12、轨头非工作侧11和轨头踏面中心13喷吹冷却介质，使喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直至轨头踏面中心13温度降至400～550℃；

F、使道岔轨冷却至室温。

本发明的道岔轨制造方法，钢坯经加热、保温、除磷、轧制等工序形成钢轨后，需要进行两次热处理过程。

如图1所示，第一次热处理是利用道岔轨轧制后的余热进行，即是步骤A、B、C。

先进行步骤A：对轧制后带有余热的道岔轨可以采用空冷、喷水雾、喷高压气体或其他常用冷却方式，冷却至轨头踏面中心13温度650～900℃。

然后进行步骤B：对道岔轨喷吹冷却介质，使道岔轨温度降低，喷吹位置的冷却速度控制在1～6℃/s。控制冷却速度的方法可以是通过调节冷却介质的初始温度或者调节冷却介质喷出量或者选取不同降温速度的冷却介质等方法。降温至轨头踏面中心13温度400～550℃。

上述强制降温过程能够使道岔轨内部的钢组织发生相变，使轨道性能增强。当轨头踏面中心13温度高于550℃时，轨头1的心部温度将会高于600℃，该温度为道岔轨已发生相变或部分发生相变的温度，即轨头1的钢组织相变未全部完成。如果此时停止强制冷却，则来自道岔轨轨腰3部分的热量会迅速向轨头1扩散，使轨头1的冷却速度降低，影响热处理效果，最终导致道岔轨的综合性能下降。因此步骤B降温过程的停止温度一般为400～550℃。当轨头踏面中心13温度低于400℃时，轨头全断面及轨底中心的相变已全部完成。

后续进行步骤C:使道岔轨冷却至室温，具体的可以是采用喷吹冷却介质、或空冷等方式进行。

随后进行道岔轨第二次热处理，即是步骤D、E、F。

先进行步骤D：对完成步骤A、B、C的道岔轨进行感应加热至800～950℃，即是让道岔轨沿轴向通过感应加热设备的线圈，由于感应加热设备的线圈中通有交流电，交变电流形成交变磁场，使道岔轨中形成感应电流。这种感应电流主要分布在道岔轨的工件表面，而在道岔轨内部很弱，因此可使道岔轨工件表面温度迅速升高，而工件内部温度升高很小。优选的，所述步骤D中感应加热可以是选用中频感应加热，即感应加热所用交流电为1～10KHZ，道岔轨在感应加热装置中的行进速度为600～1000mm/min。上述实施方式的中频感应加热可以使感应电流的加热效果作用在轨道表层的适当深度。感应加热后让道岔轨进行空冷、风冷、喷水雾或其他常用冷却方式冷却至轨头踏面中心13温度600～800℃。

然后进行步骤E：对轨头工作侧12、轨头非工作侧11和轨头踏面中心13喷吹冷却介质进行冷却，喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直到轨头踏面中心13温度降至400～550℃。所谓的轨头工作侧12即是道岔轨引导列车转向时，向列车车轮施加转向动力的一侧。与第一次热处理方式不同，上述步骤的冷却位置为轨头1部分，由于步骤D中的感应加热主要使道岔轨的轨头1表层温度上升，而轨头1心部温度依然较低，这使得步骤E对轨头1部分强制冷却过程中，轨头1表层降温快速，而基本不会受到轨头1心部热量的影响，因此道岔轨冷却过程中可以获得更大的过冷度，使道岔轨轨头1表面硬度和耐磨性进一步提高。

然后是进行步骤F：使道岔轨冷却至室温，具体的可以是采用喷吹冷却介质或者是空冷等方式进行。由于完成步骤E后，道岔轨的相变过程基本结束，此时可以适当加快降温速度以提高生产效率，因此优选的所述步骤F可以是对道岔轨的轨头工作侧12、轨头非工作侧11、轨头踏面中心13和轨底中心2喷吹空气或水雾混合气，使道岔轨冷却至室温，喷吹位置的冷却速度可以是3～10℃/s。

本发明各冷却步骤中喷吹的冷却介质均可以是喷吹空气、水雾混合气或其他具有强制冷却能力的介质，所述的水雾混合气，即是喷吹空气时配合喷出一定量的水雾，形成风冷加水冷的冷却效果。优选的，所述水雾混合气可以是采用0.1～0.2MPa的风压配合200～350L/h水量的水雾混合喷出。

如图1所示，由于道岔轨的截面具有不对称的形状，这导致轨道冷却过程容易发生弯曲的问题，为了提高轨道冷却后的平直度，优选的可以是，所述步骤B是对道岔轨的轨头工作侧12、轨头非工作侧11、轨头踏面中心13和轨底中心2喷吹冷却介质；所述步骤C中是对轨头工作侧12喷吹冷却介质使道岔轨冷却至室温，喷吹位置的冷却速度为1～3℃/s。

这种实施方式的步骤B中，采用喷吹冷却介质的方式使轨头踏面中心13温度降至400～550℃，再单独针对轨头工作侧12喷吹冷却介质进行冷却，直至轨道冷却至室温，这样的不对称冷却方式，可以使最终得到的道岔轨平直度更好。

完成上述A～F步骤后，还可以进一步的包括步骤G，即消除道岔轨内部应力的步骤。消除内部应力的方式可以是采用退火消除内应力，优选的可以是采用振动时效处理消除道岔轨内部应力。即是通过外力促使工件振动，使工件内部残余的内应力和附加的振动应力的矢量和达到超过材料屈服强度，使材料发生微量的塑性变形，从而使材料内部的内应力得以松弛和减轻。

本发明的道岔轨制造方法，在钢水铸造成钢坯时所用的钢水优选的为珠光体钢水，所述钢坯加热步骤的钢坯加热温度优选的为1200～1300℃，所述钢坯保温步骤优选的保温时间为3～8h。

此外在所述钢水铸造成钢坯步骤中，优选的还可以在钢水中添加铬元素和钒元素，可以增加最终道岔轨的淬透性。添加量为，按重量百分比铬元素占合金总重量的0.2～0.6％，钒元素占合金总质量的0.04～0.15％。

采用本方法生产的道岔轨相对于传统的利用轧制余热进行一次热处理的道岔轨，其具有更高的抗拉强度、轨头硬度及耐磨性，同时道岔轨的延伸率和韧性也有提高。

下面以几组具体对比数据说明本发明的有益效果，如表1～3所示，对比实验选用了14组轧制成型的道岔轨工件样品，分别编号为1#～14#，其中1#～6#为将要按照本发明方法进行处理的实施例，7#～10#为仅仅利用轧制余热进行热处理的对比例，11#～14#为轧制余热空冷至室温后，仅仅利用感应加热进行热处理的对比例，其采用中频感应加热，道岔轨在感应加热装置中的行进速度为600～1000mm/min。

表1：

表1数据为14组工件的除铁元素之外的其他化学成分检测数据，可见14组工件的成分基本没有相同。表格中数据为质量百分比，例如1#工件的碳元素质量百分比为0.78％，硅元素为0.75％，锰元素为0.82％，磷元素为0.016％，硫元素为0.008％，铬元素为0.32％，钒元素为0.08％。其他工件样品数据含义同上。

表2

表格2中数据为各组工件样品热处理的参数。其中7#～10#工件仅仅利用轧制余热进行热处理，11#～14#工件轧制后带有的余热空冷至室温，然后仅仅利用感应加热进行热处理，1#～6#是按照本发明的方法，先利用轧制余热进行热处理，然后感应加热后热处理。

例如，1#工件的利用轧制余热进行热处理时，带有余热的工件冷却之后轨头踏面中心13温度在722℃，开始喷吹冷却介质进行强制冷却；冷却速度为1.2℃/s；温度降至轨头踏面中心13温度为552℃时强制冷却终止，随后空冷至室温。然后对工件进行感应加热，温度升至轨头踏面中心13温度为822℃时，停止感应加热，冷却至轨头踏面中心13温度为723℃进行第二次强制冷却，冷却速度为1.6℃/s；温度降至轨头踏面中心13温度为553℃时强制冷却终止，随后空冷至室温。

又例如4#工件利用轧制余热进行热处理后，冷却至室温的步骤是对轨头工作侧喷出冷却介质使工件冷却至室温，冷却速度为1℃/s。

又例如7#工件的利用轧制余热进行热处理，带有余热的工件冷却之后轨头踏面中心13温度在725℃，开始喷吹冷却介质进行强制冷却；冷却速度为1.2℃/s；温度降至轨头踏面中心13温度为553℃时强制冷却终止，随后空冷至室温，没有进行感应加热后再次热处理。

又例如11#工件轧制的余热直接空冷至室温，然后对工件进行感应加热，温度升至轨头踏面中心13温度为832℃时，停止感应加热，冷却至轨头踏面中心13温度为735℃进行第二次强制冷却，冷却速度为2.6℃/s；温度降至轨头踏面中心13温度为543℃时强制冷却终止，随后空冷至室温。

表格中其他工件的参数数据与上述解释含义相同。

表3

表格3中的数据是14组工件分别在相同位置进行拉伸强度、延伸率、轨头断面硬度和磨损量测试的数据。拉伸强度测试的取样位置51如图2所示，轨头断面a1测试点位52和轨头断面a6测试点位53如图3所示。磨耗量测试位置为轨头踏面中心13的表面向轨头心部5mm处，试样为空心圆柱形，外径36mm，内径16mm，厚度10mm。磨损试验在MM-200试验机上采用滚、滑复合方式进行，下磨样采用U75V热轧钢轨，磨损方式为干磨，转速200r/min，对磨总转数10万转，试验负荷980N、滑差10％，试验过程弱风冷。

表格3中数据含义如下，例如1#工件的拉伸强度为1432MPa，延伸率为14.0％，轨头断面a1处的洛氏硬度为46.0HRC，a6处的洛氏硬度为42.0HRC，磨耗量测试后其磨耗量为0.31g。表格中其他工件数据含义同上。

从表3可以看出采用本发明方法得到的工件1#～6#与仅仅利用轧制余热进行一次热处理的对比例7#～10#相比，其拉伸强度，延伸率，轨头断面硬度均有明显提升，耐磨性也有增强。而仅仅进行感应热处理的对比例11#～14#，其抗拉强度和耐磨性比7#～10#略微提高，但各方面性能依然不如按照本方法得到的1#～6#工件。

此外如图4和图5所示，工件2#和8#的金相图片可以看出，采用本发明方法制造的道岔轨其珠光体片层间距更加细小致密。

Claims (9)

1.道岔轨制造方法，包括钢水铸造成钢坯、钢坯加热、保温、除磷、轧制的步骤，其特征在于，还包括顺序进行的如下步骤：

A、将带有轧制余热的道岔轨冷却至轨头踏面中心(13)温度650～900℃；

B、对道岔轨喷吹冷却介质，使喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直至轨头踏面中心(13)温度降至400～550℃；

C、使道岔轨冷却至室温；

D、对道岔轨进行感应加热使轨头踏面中心(13)温度达到800～950℃，将感应加热后的道岔轨冷却至轨头踏面中心(13)温度为600～800℃；

E、对道岔轨的轨头工作侧(12)、轨头非工作侧(11)和轨头踏面中心(13)喷吹冷却介质，使喷吹位置的冷却速度为1～6℃/s，直至轨头踏面中心(13)温度降至400～550℃；

F、使道岔轨冷却至室温。

2.如权利要求1所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述步骤B是对道岔轨的轨头工作侧(12)、轨头非工作侧(11)、轨头踏面中心(13)和轨底中心(2)喷吹冷却介质；所述步骤C中是对轨头工作侧(12)喷吹冷却介质使道岔轨冷却至室温，喷吹位置的冷却速度为1～3℃/s。

3.如权利要求2所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述步骤A是进行空冷；所述步骤B、C和E喷吹的冷却介质为空气或水雾混合气，所述步骤F是对道岔轨的轨头工作侧(12)、轨头非工作侧(11)、轨头踏面中心(13)和轨底中心(2)喷吹空气或水雾混合气，使道岔轨冷却至室温，喷吹位置的冷却速度为3～10℃/s。

4.如权利要求3所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述步骤F中喷吹的水雾混合气是采用0.1～0.2MPa的风压配合200～350L/h的水量混合喷出。

5.如权利要求1、2、3或4所述的道岔轨制造方法，其特征在于，还包括步骤G消除道岔轨内部应力。

6.如权利要求5所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述步骤G是采用振动时效处理消除道岔轨内部应力。

7.如权利要求1、2、3或4所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述步骤D中感应加热为中频感应加热，即感应加热所用交流电为1～10KHZ，道岔轨在感应加热装置中的行进速度为600～1000mm/min。

8.如权利要求1、2、3或4所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述钢水铸造成钢坯步骤所用的钢水为珠光体钢水，所述钢坯加热步骤的钢坯温度为1200～1300℃，所述保温步骤保温时间为3～8h。

9.如权利要求8所述的道岔轨制造方法，其特征在于，所述钢水铸造成钢坯步骤的钢水中添加铬元素和钒元素，按重量百分比铬元素占合金总质量的0.2～0.6％，钒元素占合金总质量的0.04～0.15％。