CN117431384A - 一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，涉及钢轨加工方法；该生产方法包括：钢轨轧制结束后，对其进行补温处理；其中，所述补温处理，包括：对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0‑10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0‑25℃；对钢轨终轧端通过补温提高0‑40℃；补温结束后，利用钢轨余热进行在线热处理；其中，所述在线热处理包括：对钢轨轨头踏面、两侧以及轨底实施冷却，热处理系数R取值为1.67‑2.67。本发明通过对钢轨生产流程中，着重对在线轧制后的钢轨施加不同位置的补温处理，基于钢轨通长温度差异，分区域匹配不同温度补偿，较大程度降低了钢轨生产后的性能波动，提升钢轨通长性能均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及钢轨加工方法，具体是一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法。
背景技术
热处理钢轨有效提升了行车稳定性和运输效率。随着高速铁路的迅速发展对钢轨综合服役性能提出了更高要求。随着对行车安全的进一步要求，钢轨出厂前的综合性能被约束的越来越严格。我国既有高速铁路主要以珠光体热轧及热处理钢轨为主，而在竞争激烈的现有技术中，各制造商通过多种技术手段来提高珠光体钢轨综合性能，就提升钢轨通长性能均匀性方面，在线热处理是最有效的技术方向。
钢轨出厂前的通长性能不均匀，在钢轨上道后易在钢轨踏面出现不均匀磨耗，性能较高的部分磨耗低，性能较低的部分磨耗高，如果不均匀磨耗更加密集，从某角度来说将促进波磨的产生，加剧了钢轨的下道风险，降低运输效率，更甚者将影响到行车安全。
结合钢轨线路服役情况，尤其是小半径曲线等服役苛刻的线路，钢轨通长性能不均匀加剧了线路钢轨异常磨耗、剥离掉块、轮轨关系匹配不佳导致的接触光带异常等类型伤损。为了解决该技术问题现提出一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，该生产方法包括：
钢轨轧制结束后，对其进行补温处理；
其中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0-10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0-25℃；对钢轨终轧端通过补温提高0-40℃；
补温结束后，利用钢轨余热进行在线热处理；其中，所述在线热处理包括：对钢轨轨头踏面、两侧以及轨底实施冷却，热处理系数R取值为1.67-2.67。
作为本发明进一步的方案：钢轨轧制结束后，对其进行补温处理，包括：
钢轨在线轧制结束后，对其进行补温处理。
作为本发明再进一步的方案：所述头部端为钢轨初轧端0-10m位置处；所述中间部位为钢轨10-90m位置处；所述终轧端为钢轨90-100m位置处。
作为本发明再进一步的方案：所述钢轨的补温处理是在补温装置中处理的，且钢轨是通过辊道进入或者输出至补温装置。
作为本发明再进一步的方案：所述钢轨经15道次轧制，轧制成50-75kg/m多个廓形钢轨，轨头综合压缩比在8.5-14.2。
作为本发明再进一步的方案：钢轨轧制前的铸坯在步进式加热炉加热，在炉总时间为170-350min，加热炉内包括预热段、加热段和均热段，其中均热段时间占在炉总时间比例22％-30％。
作为本发明再进一步的方案：所述钢轨利用终轧余热对钢轨轨头部位和轨底部位实施冷却，轨头冷速与轨底冷速之比在1.5-3.4之间。
作为本发明再进一步的方案：轨头冷速率为3.5-4.6℃/s。
作为本发明再进一步的方案：所述钢轨轨头开始冷却温度不低于700℃，轨头冷却终止温度不低于460℃。
作为本发明再进一步的方案：所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.65-1.20％、Mn：0.5-1.0％、Si：0.15-0.85％、Cr和V至少包括一种、含V时V:0.001～0.010％、含Cr时Cr:0.005～0.030％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对钢轨生产流程中，着重对在线轧制后的钢轨施加不同位置的补温处理，基于钢轨通长温度差异，分区域匹配不同温度补偿，较大程度降低了钢轨生产后的性能波动，提升钢轨通长性能均匀性。同时根据不同的开冷温度，匹配不同的热处理强度，在实现钢轨性能均匀性的同时提高钢轨综合性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明一个实施例的补温区域图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
本发明提供一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其包括：
步骤S1、钢轨轧制结束后，对其进行补温处理；
其中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0-10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0-25℃；对钢轨终轧端通过补温提高0-40℃。
在本发明的一种实施例中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0℃、2℃、5℃、8℃或10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0℃、4℃、12℃、18℃或25℃任一种；对钢轨终轧端通过补温提高0℃、10℃、20℃、30℃或40℃任一种。
在本发明实施例中，所述步骤S1、钢轨轧制结束后，对其进行补温处理，包括：
钢轨在线轧制结束后，对其进行补温处理。
需要说明的是，所述头部端为百米钢轨初轧端0-10m位置处；所述中间部位为百米钢轨10-90m位置处；所述终轧端为百米钢轨90-100m位置处。
在本发明实施例中，所述钢轨的补温处理是在补温装置中处理的，且钢轨是通过辊道进入或者输出至补温装置的。
步骤S2、补温结束后，利用钢轨余热进行在线热处理；其中，所述在线热处理包括：对钢轨轨头踏面、两侧以及轨底实施冷却，热处理系数R取值为1.67-2.67。
热处理系数R取值为1.67、1.97、2.17、2.37或2.67等。
需要说明的是，其中，热处理系数R＝(开始冷却温度-500)/热处理时间，且冷却速率与热处理系数正相关。
在本发明实施例中，所述钢轨经15道次轧制，轧制成50-75kg/m多个廓形钢轨，轨头综合压缩比在8.5-14.2。
在本发明实施例中，钢轨轧制前的铸坯在步进式加热炉加热，在炉总时间为170-350min，加热炉内包括预热段、加热段和均热段，其中均热段时间占在炉总时间比例22％-30％。
在本发明实施例中，所述钢轨利用终轧余热对钢轨轨头部位和轨底部位实施冷却，轨头冷速与轨底冷速之比在1.5-3.4之间。
在本发明实施例中，轨头冷速率为3.5-4.6℃/s。
在本发明实施例中，所述钢轨轨头开始冷却温度不低于700℃，轨头冷却终止温度不低于460℃。
在本发明实施例中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.65-1.20％、Mn：0.5-1.0％、Si：0.15-0.85％、Cr和V至少包括一种、含V时V:0.001～0.010％、含Cr时Cr:0.005～0.030％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
本发明通过对钢轨生产流程中，着重对在线轧制后的钢轨施加不同位置的补温处理，基于钢轨通长温度差异，分区域匹配不同温度补偿，较大程度降低了钢轨生产后的性能波动，提升钢轨通长性能均匀性。同时根据不同的开冷温度，匹配不同的热处理强度，在实现钢轨性能均匀性的同时提高钢轨综合性能。
实施例1
在实施例1中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例1中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0℃；对钢轨的中间部位通过补温提高25℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例1中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为3.5℃/s。
实施例2
在实施例2中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例2中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例2中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为3.5℃/s。
实施例3
在实施例3中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例3中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高25℃；对钢轨终轧端通过补温提高0℃。
本实施例3中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为3.5℃/s。
实施例4
在实施例4中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例4中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高25℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例4中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为3.5℃/s。
实施例5
在实施例5中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例5中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高5℃；对钢轨的中间部位通过补温提高12℃；对钢轨终轧端通过补温提高20℃。
本实施例5中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为3.5℃/s。
实施例6
在实施例6中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例6中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0℃；对钢轨的中间部位通过补温提高25℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例6中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为4.6℃/s。
实施例7
在实施例7中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例7中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例7中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为4.6℃/s。
实施例8
在实施例8中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例8中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高25℃；对钢轨终轧端通过补温提高0℃。
本实施例8中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为4.6℃/s。
实施例9
在实施例9中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例9中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高25℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例9中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为4.6℃/s。
实施例10
在实施例10中，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.71％、Mn：0.96％、Si：0.43％、V:0.002％、Cr:0.01％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
所述钢轨是通过将钢液连铸成410mm×320mm钢坯，进入步进式加热炉加热，待完全奥氏体化后在线轧制成50-75kg/m钢轨，轨头压缩比8.5-14.2，而制得。
本实施例10中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高5℃；对钢轨的中间部位通过补温提高12℃；对钢轨终轧端通过补温提高40℃。
本实施例10中，热处理系数R取值为1.67-2.67。轨头冷却速率为4.6℃/s。
对比例1
对比例1与实施例1区别在于未进行补偿处理，其他处理过程一致。
对比例2
对比例2与实施例10区别在于未进行补偿处理，其他处理过程一致.
性能检测试验
将上述实施例1-10和对比例1-2完成处理的钢轨空冷至室温，按照TB/T2344-2012标准要求位置取拉伸试样，头中尾各取2件试样，检测后求平均值；按照标准取疲劳裂纹扩展速率da/dN试样；在轨头踏面下15mm处取金相组织试样。实施例1-10与对比例1-2采用相同的测试部位与测试方法，结果详见表1。
表1本发明实施例1-10和对比例1-2头部端硬度检测结果
本发明选取了相同化学成分、采用不同轧后温度补偿工艺的10组实施例及相应的对比例进行对比。在实施例中，采用的差异化的温度补偿及其热处理系数均为本发明所述方法，相应对比例为未施加轧制后温度补偿的方法。数据对比表明，热处理工艺一定时，在钢轨轧制后施加温度补偿工艺后的百米钢轨抗拉强度差值显著低于未施加工艺，轨头下15mm平均P片层差更小，平均疲劳裂纹扩展速率da/dN差值更小，综合性能更加均匀。
综上所述，本发明采用提升钢轨通长性能均匀性的生产方法后，钢轨通长抗拉强度波动值≤10HB,强度波动明显降低，钢轨各个长度位置轨头踏面下15mm处平均珠光体片层间距差更小，钢轨各个长度位置裂纹扩展速率da/dN性能更接近；极大地改善了钢轨通长性能均匀性及其综合性能的提升。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，该生产方法包括：
钢轨轧制结束后，对其进行补温处理；
其中，所述补温处理，包括：
对钢轨初轧端的头部端通过补温提高0-10℃；对钢轨的中间部位通过补温提高0-25℃；对钢轨终轧端通过补温提高0-40℃；
补温结束后，利用钢轨余热进行在线热处理；其中，所述在线热处理包括：对钢轨轨头踏面、两侧以及轨底实施冷却，热处理系数R取值为1.67-2.67。
2.根据权利要求1所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，钢轨轧制结束后，对其进行补温处理，包括：
钢轨在线轧制结束后，对其进行补温处理。
3.根据权利要求2所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，所述头部端为钢轨初轧端0-10m位置处；所述中间部位为钢轨10-90m位置处；所述终轧端为钢轨90-100m位置处。
4.根据权利要求1所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，所述钢轨的补温处理是在补温装置中处理的，且钢轨是通过辊道进入或者输出至补温装置。
5.根据权利要求1所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，所述钢轨经15道次轧制，轧制成50-75kg/m多个廓形钢轨，轨头综合压缩比在8.5-14.2。
6.根据权利要求1所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，钢轨轧制前的铸坯在步进式加热炉加热，在炉总时间为170-350min，加热炉内包括预热段、加热段和均热段，其中均热段时间占在炉总时间比例22％-30％。
7.根据权利要求6所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，所述钢轨利用终轧余热对钢轨轨头部位和轨底部位实施冷却，轨头冷速与轨底冷速之比在1.5-3.4之间。
8.根据权利要求7所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，轨头冷速率为3.5-4.6℃/s。
9.根据权利要求6所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，所述钢轨轨头开始冷却温度不低于700℃，轨头冷却终止温度不低于460℃。
10.根据权利要求1-9任一所述的提升钢轨通长性能均匀性的生产方法，其特征在于，所述钢轨化学成分以重量百分比计，C:0.65-1.20％、Mn：0.5-1.0％、Si：0.15-0.85％、Cr和V至少包括一种、含V时V:0.001～0.010％、含Cr时Cr:0.005～0.030％、P：≤0.020％、S：≤0.020％，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
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