CN111961810B - 一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。其技术方案是：热处理钢轨轨头的开始冷却温度为740～820℃，采用动态阶段性加速冷却工艺，热处理钢轨轨头5个冷却阶段的冷却速度和冷却时间依次为：冷却速度≦9℃/s，冷却时间为8～12s；冷却速度≦3℃/s，冷却时间为3s；冷却速度≦6℃/s，冷却时间为30～40s；冷却速度≦2℃/s，冷却至300～380℃；自然冷却至室温。上述冷却阶段中，相邻阶段的冷却速度差≦6℃/s。热处理钢轨轨底的冷却阶段及起始时间与热处理钢轨轨头相同，热处理钢轨轨底各阶段的冷却速度为热处理钢轨轨头对应阶段的冷却速度60～70％。本发明方法简单和操作性强，显著提高了热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度分布均匀性。

Description

一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法

技术领域

本发明属于热处理钢轨硬度均匀性技术领域。具体涉及一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。

背景技术

目前，铁路建设正处于快速发展阶段，列车行车速度、轴重、运量显著增加，随之而来的是钢轨伤损问题显著增多，严重影响了钢轨使用寿命和行车安全。实践证明，热处理钢轨能有效提高钢轨的耐磨性能和抗疲劳性能，目前国内外钢轨厂家基本都采用在线热处理工艺来生产热处理钢轨。

钢轨在线热处理主要是利用轧制后钢轨的余温，对轨头进行加速冷却，获得更细化的珠光体组织，提高钢轨强度和硬度。横断面洛氏硬度是热处理钢轨的一项关键性能指标，直接反映了钢轨轨头硬化程度和深度，从钢轨使用的角度来讲，希望钢轨横断面洛氏硬度从钢轨表面到轨头内部是逐渐下降的，这样既保证了钢轨行车面良好的耐磨性能，也保证了轨头内部一定的韧性，提高钢轨综合使用性能。钢轨轨头在热处理过程中冷却是外界冷却流场与高温金属热交换的动态平衡，直接关系到轨头内部不同深度的组织与硬度，其均匀性对钢轨的抗疲劳性能有决定性影响。目前钢厂钢轨在线热处理工艺一般是对轨头表面采用基本恒定的冷却速度，这导致轨头内部不同深度的冷却速度是不一致的，使得横断面洛氏硬度从表面到心部的分布并不是均匀降低的，热处理钢轨成品的横断面洛氏硬度从轨头表面到心部是先升高再降低的，存在硬度高点，同时也会导致钢轨断面组织和内部应力的不均匀，影响钢轨的使用性能。

钢轨在线热处理方法中，《提高钢轨硬化层深度的热处理方法》(CN104060075A)专利技术，提供了一种提高钢轨硬化层深度的热处理方法，将终轧后的钢轨自然冷却至轨头踏面中心温度为660～730℃，然后以1.5～3.5℃/s的冷却速度加速冷却至轨头踏面中心温度为500～550℃，冷却速度再增加1.0～2.0℃/s，当轨头踏面中心温度下降至450℃以下时，停止加速冷却，空冷至室温，该方法可使轨头获得超过25mm深硬化层，且轨头表层下方25mm具有与轨头表层相当的硬度值，全断面为珠光体组织。

《一种客货混运铁路用钢轨的热处理生产方法以及所得钢轨》(CN 106086622A)专利技术，提供了一种客货混运铁路用钢轨的热处理生产方法，其生产方法包括对轧制后钢轨轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位依次进行加速冷却、缓慢冷却和空冷。加速冷却的开冷温度为650～950℃，冷却速度为2.5～7.0℃/s，终冷温度为400～600℃，缓慢冷却的冷却速度为0.1～1.5℃/s，终冷温度为180～300℃。该方法能够在保证钢轨拉伸性能的前提下，将硬度控制在350～380HB的适用于客货混运铁路的合适范围内。

《耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及其制造方法》(CN 102220545 A)专利技术，提供了一种耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及生产方法，轧制后热态钢轨余温为680～900℃，以1.5～10℃/s的冷速将钢轨冷却到400～500℃，再自然冷却至室温，钢轨抗拉强度≥1330MPa，延伸率≥9％，轨头硬度≥380HB，硬化层深度为25mm以上，组织为细珠光体，具有优良的耐磨性和塑性，能满足重载铁路的使用要求。

《珠光体类高强度低合金钢轨钢及其生产方法》(CN 1793402 A)专利技术，提供了一种珠光体类高强度低合金钢轨钢及其生产方法，轧制后热态钢轨进行冷却，在400～700℃范围内冷速不大于4℃/s，生产出来的钢轨耐磨性和焊接性优良。

综上所述，现有技术的缺陷是偏重于热处理钢轨踏面硬度、轨头硬化层深度以及强度的提高，均未涉及横断面洛氏硬度分布的均匀性控制，热处理钢轨中存在的横断面洛氏硬度从表面到心部分布不均匀的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种方法简单、可操作性强的提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，该方法能使热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度从表面到心部分布均匀。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

将热轧后的钢轨空冷至740～820℃，所述740～820℃为热处理钢轨轨头的开始冷却温度，然后采用动态阶段性加速冷却工艺，加速冷却工艺分为5个阶段：

第1阶段的冷却速度为≦9℃/s，该阶段尽可能减少热轧后形变奥氏体的回复，保留其中位错亚结构，并获得一定珠光体相变过冷度，以便在随后阶段提高相变形核率和增加珠光体共析团数目；

第2阶段的冷却速度为≦3℃/s，该阶段放慢冷却速度，使热处理钢轨轨头反红升温，阻碍非珠光体相变产生，确保相变与组织的均匀性；

第3阶段的冷却速度为≦6℃/s，该阶段控制珠光体相变过冷度，使得最终珠光体片层间距为160～190nm；

第4阶段的冷却速度为≦2℃/s，该阶段主要是珠光体类扩散相变接近完成，相变时候碳扩散进入残留奥氏体，冷却速度快会形成M/A岛组织，影响组织与硬度均匀性；当热处理钢轨轨头温度为300～380℃时，停止加速冷却；

第5阶段为自然冷却，为减少组织中残余应力，自然冷却至室温。

进一步地，第1阶段的冷却时间为8～12s，热处理钢轨轨头形变奥氏体快速冷却；第2阶段冷却时间为3s，控制奥氏体向珠光体的转变温度不低于550℃；第3阶段的冷却时间为30～40s，使奥氏体向珠光体共析转变充分进行；第4阶段冷却至热处理钢轨轨头温度为320～360℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却，尽量缓慢冷却以减少组织中残余应力。

进一步地，在热处理钢轨轨头的加速冷却过程中，相邻两个阶段的冷却速度之差≦6℃/s。

进一步地，当热处理钢轨轨头开始分阶段加速冷却时，对热处理钢轨轨底也同时开始相应阶段的缓慢冷却，热处理钢轨轨底各阶段的缓慢冷却速度为热处理钢轨轨头对应阶段的加速冷却速度60～70％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

所述加速冷却的冷却介质为压缩空气；缓慢冷却的冷却介质与加速冷却的冷却介质相同。

所述热处理钢轨轨头温度是指钢轨轨头踏面中心部位表面的温度。

所述热处理钢轨的化学成分是：C为0.70～0.85wt％、Si为0.55～0.70wt％、Mn为0.80～1.10wt％、V为0.04～0.08wt％、Cr为0.10～0.20wt％，P≤0.025wt％，S≤0.025wt％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述热处理钢轨的热轧及热轧前的生产方法与常规的钢轨生产方法相同；所述常规的钢轨生产方法包括：铁水脱硫，转炉冶炼，LF精炼，真空处理，连铸，铸坯加热，热轧。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，通过对热处理钢轨轨头进行动态阶段性加速冷却，合理分配各阶段的冷却速度和冷却时间，该方法可操作性强，工艺简单，易于推广应用。由于本发明对各阶段的冷却速度和冷却时间的科学分配，实现了外界冷却流场与高温金属热交换的动态平衡，解决了热处理钢轨从表面到心部横断面洛氏硬度分布不均匀、存在局部硬度高点的问题，显著提高了热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度分布均匀性。

因此，本发明工艺简单，可操作性强，易于推广应用；显著提高了热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度从表面到心部的分布均匀性。

附图说明

图1为铁路行业标准TB/T 2344-2012规定的热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度测量位置示意图；

图2为本发明与现有的恒速冷却工艺分别生产的热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度分布图。

具体实施方式

一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。该方法是对热轧后的热处理钢轨轨头进行动态阶段性加速冷却，开始冷却温度为740～820℃。热处理钢轨头的加速冷却工艺分为5个阶段：第1阶段的冷却速度为≦9℃/s；第2阶段的冷却速度为≦3℃/s；第3阶段的冷却速度为≦6℃/s；第4阶段的冷却速度为≦2℃/s，当热处理钢轨轨头温度冷却至300～380℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却，自然冷却至室温。

优选地，所述热处理钢轨轨头的开始冷却温度为760～800℃，采用动态阶段性加速冷却工艺。热处理钢轨轨头的加速冷却过程分为5个阶段：第1阶段的冷却速度为≦9℃/s；第2阶段的冷却速度为≦3℃/s；第3阶段的冷却速度为≦6℃/s；第4阶段的冷却速度为≦2℃/s，当处理钢轨轨头温度冷却至为320～360℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却阶段，自然冷却至室温。

本具体实施方式中，第1阶段的冷却时间为8～12s，第2阶段的冷却时间均为3s，第3阶段的冷却时间为30～40s，第4阶段冷却至热处理钢轨轨头温度为320～360℃时，停止加速冷却。

本具体实施方式中，在热处理钢轨轨头的加速冷却工艺中，相邻两个阶段的冷却速度差≦6℃/s。

当热处理钢轨轨头分阶段开始加速冷却时，对热处理钢轨轨底也同时开始相应阶段的缓慢冷却，热处理钢轨轨底各阶段的缓慢冷却速度为热处理钢轨轨头对应阶段的加速冷却速度的60～70％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

所述加速冷却的冷却介质和缓慢冷却的冷却介质均为压缩空气。

所述热处理钢轨轨头温度是指热处理钢轨轨头踏面中间部位的表面温度。

所述热处理钢轨轨头的化学成分是：C为0.70～0.85wt％、Si为0.55～0.70wt％、Mn为0.80～1.10wt％、V为0.04～0.08wt％、Cr为0.10～0.20wt％，P≤0.025wt％，S≤0.025wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述热处理钢轨的热轧及热轧前的生产方法与常规的钢轨生产方法相同。常规的钢轨生产方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、真空处理、连铸、铸坯加热和热轧。其中：转炉炉渣碱度控制在2.5～3.8；出钢水1/4时，随钢流加入硅、锰、钒等合金和增碳剂，钢水出至3/4时，合金、增碳剂全部加入；LF炉处理时间45min；RH真空度≤90Pa，纯真空处理时间≥20min；浇铸过程在全程保护下进行，防止与空气接触；钢坯送入步进梁加热炉中，在1210～1320℃条件下保温160～240min，用万能轧机轧制成钢轨，开轧温度为1080～1150℃，终轧温度为880～930℃。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例1

一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。本实施例所述方法是：

步骤一、热处理钢轨的化学成分是：C为0.72wt％，Si为0.68wt％，Mn为1.05wt％，V为0.05wt％，Cr为0.2wt％，P为0.014wt％，S为0.005wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。

根据热处理钢轨的化学成分，按常规的钢轨生产方法进行：铁水脱硫，转炉冶炼，LF精炼，真空处理，连铸，铸坯加热，热轧。

步骤二、对热轧后的钢轨轨头进行动态阶段性加速冷却，开始冷却温度为760℃，热处理钢轨轨头的加速冷却过程分为5个阶段：第1阶段的冷却速度为8.5℃/s，第1阶段的冷却时间为11s；第2阶段的冷却速度为2.5℃/s，第2阶段的冷却时间为3s；第3阶段的冷却速度为5.8℃/s，第3阶段的冷却时间为36s；第4阶段的冷却速度为2℃/s，当热处理钢轨轨头温度为320℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却阶段，自然冷却至室温。

步骤三、当热处理钢轨轨头分阶段开始加速冷却时，对热处理钢轨轨底同时开始相应阶段的缓慢冷却，各阶段的缓慢冷却速度为热处理钢轨轨头加速冷却速度的60％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

实施例2

一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。本实施例所述方法是：

步骤一、热处理钢轨的化学成分是：C为0.83wt％、Si为0.57wt％、Mn为0.93wt％、V为0.08wt％、Cr为0.15wt％，P为0.012wt％，S为0.006wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。

根据热处理钢轨的化学成分，按常规的钢轨生产方法进行：铁水脱硫，转炉冶炼，LF精炼，真空处理，连铸，铸坯加热，热轧。

步骤二、对热轧后的钢轨轨头进行动态阶段性加速冷却，开始冷却温度为780℃，热处理钢轨轨头的加速冷却过程分为5个阶段：第1阶段的冷却速度为8.0℃/s，第1阶段的冷却时间为8s；第2阶段的冷却速度为2.2℃/s，第2阶段的冷却时间为3s；第3阶段的冷却速度为4.2℃/s，第3阶段的冷却时间为38s，第4阶段的冷却速度为1.6℃/s，当热处理钢轨轨头温度为330℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却阶段，自然冷却至室温。

步骤三、当热处理钢轨轨头分阶段开始加速冷却时，对热处理钢轨轨底同时开始相应阶段的缓慢冷却，各阶段的缓慢却速度为热处理钢轨轨头加速冷却速度的65％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

实施例3

一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。本实施例所述方法是：

步骤一、热处理钢轨的化学成分是：C为0.76wt％、Si为0.60wt％、Mn为0.85wt％、V为0.07wt％、Cr为0.18wt％，P为0.013wt％，S为0.007wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。

根据热处理钢轨的化学成分，按常规的钢轨生产方法进行：铁水脱硫，转炉冶炼，LF精炼，真空处理，连铸，铸坯加热，热轧。

步骤二、对热轧后的钢轨进行动态阶段性加速冷却，开始冷却温度为800℃，热处理钢轨轨头的加速冷却过程分为5个阶段：第1阶段的冷却速度为6.5℃/s，第1阶段的冷却时间为12s；第2阶段的冷却速度为1.8℃/s，第2阶段的冷却时间为3s；第3阶段冷却速度为5.0℃/s，第3阶段的冷却时间为32s；第4阶段的冷却速度为1.2℃/s，当热处理钢轨待轨头温度为370℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却阶段，自然冷却至室温。

步骤三、当热处理钢轨轨头分阶段开始加速冷却时，对热处理钢轨轨底同时开始相应阶段的缓慢冷却，各阶段的缓慢却速度为热处理钢轨轨头加速冷却速度的70％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

实施例4

一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法。本实施例所述方法是：

步骤一、热处理钢轨的化学成分是：C为0.80wt％、Si为0.63wt％、Mn为0.98wt％、V为0.06wt％、Cr为0.12wt％，P为0.017wt％，S为0.006wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。

根据热处理钢轨的化学成分，按常规的钢轨生产方法进行：铁水脱硫，转炉冶炼，LF精炼，真空处理，连铸，铸坯加热，热轧。

步骤二、对热轧后的钢轨采用动态阶段性加速冷却工艺，开始冷却温度为740℃，热处理钢轨轨头的加速冷却工艺分为5个阶段：第1阶段的冷却速度为9.0℃/s，第1阶段的冷却时间为10s；第2阶段的冷却速度为3.0℃/s，第2阶段的冷却时间为3s；第3阶段的冷却速度为4.6℃/s，第3阶段的冷却时间为34s；第4阶段的冷却速度为1.5℃/s，当热处理钢轨轨头温度为350℃时，停止加速冷却；第5阶段为自然冷却阶段，自然冷却至室温。

步骤三、当热处理钢轨轨头分阶段开始加速冷却时，对热处理钢轨轨底同时开始相应阶段的缓慢冷却，各阶段的缓慢却速度为热处理钢轨轨头加速冷却速度的68％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

对比例1

一种热处理钢轨的热处理方法。所述热处理方法是：

步骤一、同实施例1的步骤一；

步骤二、对热轧后的钢轨按恒定冷却速度进行冷却，开始冷却温度为760℃，冷却速度为4.0℃/s，当轨头温度为320℃时，停止恒速冷却，然后自然冷却至室温。

步骤三、热处理钢轨轨底的冷却起始时间与热处理钢轨轨头相同，热处理钢轨轨底的冷却速度为热处理钢轨轨头的冷却速度60％。

对比例2

一种热处理钢轨的热处理方法。所述热处理方法是：

步骤一，同实施例2的步骤一；

步骤二、对热轧后的钢轨按恒定冷却速度进行冷却，开始冷却温度为780℃，冷却速度为5.0℃/s，待轨头温度为330℃时，停止加速冷却，最后自然冷却至室温。

步骤三、热处理钢轨轨底的冷却起始时间与热处理钢轨轨头相同，热处理钢轨轨底的冷却速度为热处理钢轨轨头的冷却速度70％。

按照TB/T 2344-2012标准规定的方法，对实施例1～4和对比例1～2的热处理钢轨轨头进行测定：抗拉强度、延伸率、踏面硬度和金相组织的测定结果详见表1。从表1可以看出，实施例1～4的热处理钢轨各项力学性能和金相组织良好，均满足相关标准要求。

表1实施例和对比例的力学性能对比

按照TB/T 2344-2012标准规定的方法，对实施例1～4和对比例1～2热处理钢轨轨头的横断面洛氏硬度测定，测量位置如图1所示。图1是铁路行业标准TB/T 2344-2012规定的热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度测量位置示意图：其中，第1点距表面5mm，其余各点间距均为5mm；D、E线与下颚距离为5mm；B、C线为A、D和A、E线的角平分线。实施例1～4和对比例1～2中的热处理钢轨轨头均按图1所示测量位置进行横断面洛氏硬度检验，测量结果见表2。

表2实施例1～4和对比例1～2的横断面洛氏硬度对比

续表2实施例1～4和对比例1～2的横断面洛氏硬度对比

图2为本具体实施方式和现有恒速冷却工艺分别生产的热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度分布图(以B1点至B5点为例)。从图2可以看出，实施例1～4的热处理钢轨轨头的表面到心部的洛氏硬度呈现均匀下降，而对比例1～2中热处理钢轨轨头的表面到心部的洛氏硬度在第二个点(即表面往下10mm位置)出现了明显的硬度值高点。对比来看，本具体实施方式在保证热处理钢轨轨头组织和力学性能的前提下，能有效提高热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度分布的均匀性。

因此，本具体实施方式的有益效果在于：

(1)热轧后钢轨需要在奥氏体温度范围进行加速冷却，减少变形奥氏体回复与再结晶和降低珠光体转变温度，获得细化的珠光体组织，提高了热处理钢轨轨头强度、硬度和耐磨性。将开始冷却温度控制为740～820℃，由于热处理钢轨轨头金属量比较大，若热轧后直接冷却，开始冷却温度过高：一方面，表层开始降温，但是心部温度很高，会向外进行热传导，导致珠光体相变的过冷度不足，影响最终性能；另一方面，热处理钢轨轨头奥氏体化温度和终轧温度需要提高，直接造成奥氏体晶粒粗大以及表面缺陷增多等问题。而开始冷却温度过低，与珠光体相变点距离较近，过冷度较低，相变驱动力不足，同时也会带来产生异常组织的风险。本申请的发明人通过研究发现，740～820℃的开冷温度较为合适。

(2)本发明采用动态阶段性加速冷却工艺，即热处理钢轨轨头冷却过程分为5个阶段，第1阶段冷却速度为≦9℃/s，冷却时间为8～11s，目的是为了快速带走热处理钢轨轨头表层的热量，迅速在热处理钢轨轨头表面形成稳定的珠光体层，保证热处理钢轨轨头表面具有较高的踏面硬度。

(3)热处理钢轨轨头在热处理过程中，珠光体相变不是一次完成的，而是从表面到心部分层进行的，每层局部区域相变过冷度不同会导致硬度差别。刚开始加速冷却时，表层金属迅速降温，当达到珠光体相变温度时，表面形成一层很薄的稳定珠光体层。这时内部即将发生转变的过冷奥氏体需要通过此珠光体层与外界进行热交换，由于热处理钢轨轨头金属量大，其热容量大，蓄热较多，向外散热很大，此时珠光体和奥氏体转变界面的冷却速度远低于表面，随着冷却继续进行，珠光体和奥氏体转变界面逐渐向轨头心部推移，心部蓄热区变小，向外散热变小，珠光体和奥氏体转变界面的冷却速度随之增加，但是珠光体层的厚度也随之增大，当转变深度达到8～10mm时，珠光体和奥氏体转变界面的冷却速度达到峰值，此位置的硬度即为横断面洛氏硬度的最大值。进一步冷却，虽然心部蓄热区会进一步缩小，但是珠光体层厚度增加会导致向外界的散热通道变长，综合作用下，转变界面的冷却速度开始逐步下降，直至热处理钢轨轨头完成珠光体转变。

(4)第2阶段冷却速度为≦3℃/s，这个阶段对应着热处理钢轨轨头珠光体和奥氏体转变界面的冷却速度上升至峰值的过程，为了消除洛氏硬度值高点而降低冷却速度，缓冷可有效减小每层局部区域相变过冷度的差别，可保证转变界面的实际冷速是均匀下降的，避免出现热处理钢轨轨头洛氏硬度值高点。

(5)第3阶段的冷却速度为≦6℃/s，冷却时间为30～40s，奥氏体充分转变为珠光体，此时热处理深度已经超过10mm，珠光体层厚度增加导致转变界面的冷却速度开始下降，提高冷却速度，保证热处理钢轨轨头洛氏硬度不出现跳跃性下降。

(6)第4阶段冷却速度为≦2℃/s，当热处理钢轨轨头温度为300～380℃时，停止加速冷却。这一阶段是为了减少剩余富碳奥氏体发生非扩散性相变，保证热处理钢轨轨头内部完成剩余的珠光体转变，故冷却时间较长，保证热处理钢轨轨头硬化层有足够的深度。

(7)第5阶段自然冷却至室温，当热处理钢轨轨头温度降至300～380℃时，整个热处理钢轨轨头的珠光体转变均已完成，心部温度也下降，故此阶段无需继续进行加速冷却，自然冷却即可。

本具体实施方式中，相邻两个阶段的冷却速度差≦6℃/s。保证了每个阶段的冷却速度尽可能平滑过渡，减小冷却速度波动。从以上5个阶段可以看出，本具体实施方式工艺简单，可操作性强，易于推广应用。

本具体实施方式中，在热处理钢轨轨头加速冷却的同时，对热处理钢轨轨底也同时进行缓慢冷却，以避免热处理钢轨轨头和轨底温差过大会造成热处理钢轨大幅度弯曲，对热处理钢轨轨底采用同步的缓慢冷却，热处理钢轨轨底的缓慢冷却速度为热处理钢轨轨头的加速冷却速度60～70％，保持热处理钢轨轨头和轨底的温度一致性，保证了热处理过程中钢轨平直度。

本具体实施方式可用于任何常规成分的热处理钢轨，均能有效提高热处理钢轨轨头横断面硬度分布的均匀性，本具体实施方式的发明人同时发现，特定化学成分的热处理钢轨能够具有相对于其他化学成分的热处理钢轨更好的效果，并且能够更适于本方法。这种特定化学成分是：C为0.70～0.85wt％、Si为0.55～0.70wt％、Mn为0.80～1.10wt％、V为0.04～0.08wt％、Cr为0.10～0.20wt％，P≤0.025wt％、S≤0.025wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本具体实施方式得到的热处理钢轨轨头横断面的室温金相组织为细片状珠光体和少量铁素体，未出现贝氏体和马氏体等异常组织，热处理钢轨力学性能均满足相关标准要求，横断面洛氏硬度从表面到心部呈均匀下降，未出现局部硬度高点。

因此，本具体实施方式工艺简单，可操作性强，易于推广应用；该方法能显著提高热处理钢轨轨头横断面洛氏硬度从表面到心部的分布均匀性。

Claims (5)

1.一种提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，其特征在于所述方法是：热处理钢轨轨头的开始冷却温度控制为740～820℃，采用动态阶段性加速冷却工艺，加速冷却工艺分为5个阶段：

第1阶段的冷却速度≦9℃/s，第1阶段的冷却时间为8～12s；

第2阶段的冷却速度≦3℃/s，第2阶段的冷却时间为3s；

第3阶段的冷却速度≦6℃/s，第3阶段的冷却时间为30～40s；

第4阶段的冷却速度≦2℃/s，当热处理钢轨轨头温度为300～380℃时，停止加速冷却；

第5阶段为自然冷却，自然冷却至室温；

在热处理钢轨轨头的加速冷却工艺中，相邻两个阶段的冷却速度差≦6℃/s；

当热处理钢轨轨头开始分阶段加速冷却时，对热处理钢轨轨底也同时开始相应阶段的缓慢冷却，热处理钢轨轨底各阶段的缓慢冷却速度为热处理钢轨轨头对应阶段的加速冷却速度60～70％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

2.根据权利要求1所述提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，其特征在于所述方法是，热处理钢轨轨头的开始冷却温度控制为760～800℃，采用动态阶段性加速冷却过程，热处理钢轨轨头的加速冷却过程分为5个阶段：

第1阶段的冷却速度≦9℃/s，第1阶段的冷却时间为8～12s；

第2阶段的冷却速度≦3℃/s，第2阶段的冷却时间为3s；

第3阶段的冷却速度≦6℃/s，第3阶段的冷却时间为30～40s；

第4阶段的冷却速度≦2℃/s，当热处理钢轨轨头温度为320～360℃时，停止加速冷却；

第5阶段为自然冷却，自然冷却至室温；

在热处理钢轨轨头的加速冷却过程中，相邻两个阶段的冷却速度差≦6℃/s；

当热处理钢轨轨头分阶段开始加速冷却时，对热处理钢轨轨底也同时开始相应阶段的缓慢冷却，热处理钢轨轨底各阶段的缓慢冷却速度为热处理钢轨轨头对应阶段的加速冷却速度60～70％，当热处理钢轨轨头停止加速冷却时，热处理钢轨轨底的缓慢冷却也相应停止。

3.根据权利要求1或2所述提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，其特征在于所述热处理钢轨轨头温度是指热处理钢轨轨头踏面中间部位的表面温度。

4.根据权利要求1或2所述提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，其特征在于所述热处理钢轨的化学成分是：C为0.70～0.85wt％、Si为0.55～0.70wt％、Mn为0.80～1.10wt％、V为0.04～0.08wt％、Cr为0.10～0.20wt％，P≤0.025wt％，S≤0.025wt％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述热处理钢轨的热轧及热轧前的生产方法与常规的钢轨生产方法相同。

5.根据权利要求1或2所述提高热处理钢轨轨头横断面硬度均匀性的方法，其特征在于所述加速冷却的冷却介质为压缩空气；缓慢冷却的冷却介质与加速冷却的冷却介质相同。

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