CN1327074A - 钢轨的硬化方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢轨或至少其钢轨头的硬化方法与装置,其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构。为了沿钢轨全长在钢轨截面上得到恒定的结构分布和确保高的钢轨质量,按照本发明在方法技术上设置成使处于奥氏体结构状态的钢轨校直、水平定位和同心地抗弯曲夹紧,然后在保持钢轨的夹紧或抗弯曲的情况下钢轨和/或至少钢轨截面的一部分可以从一个温度开始以已知的方式至少暂时地被强迫冷却而转变其结构,所述温度位于合金的Ac3点以上。按照本发明的装置的特征在于,钢轨支承装置构成为支承结构(2),其具有符合于钢轨(1)的纵向长度和大的抗弯曲截面模量以及具有用于固定钢轨的定位元件(3)和/或可拆卸式夹具(4)。

Description

钢轨的硬化方法与装置
本发明涉及钢轨或至少其钢轨头的硬化方法，其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构。
本发明还包括用于硬化钢轨或至少其钢轨头的装置，其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构，且主要包括一钢轨支架和一冷却装置。
对于与钢轨相关的铁路运输随着其日益提高的轴载荷和类似的运输负担其钢轨应该既具有钢轨表面部分的高耐磨性，又由于轨道的弯曲应力应该具有高的抗断裂强度。
已知的是，通过材料的加热调质或借助在至少暂时强迫冷却下使奥氏体结构转变为在室温下稳定的显微结构来硬化钢轨和/或钢轨头(EP-358362 A1、AT 402941 B、EP 186372 B和WO94/02652)。
冷却可以通过对至少钢轨表面的部分喷射冷却剂，一种所谓喷雾冷却或喷淋冷却方法，或者通过将钢轨至少部分地浸入冷却浴来实现，其中属于现有技术的是轧制热的有利的利用。
按照所采用的冷却方法，已知用于强迫冷却钢轨或其轨道部分的装置有直通式装置(AT 323224 B、EP 186373 B1)、冷却床输送装置(DE 4237991 A1)和浸入式装置(DE 4003363 C1、AT 402941 B)。
当采用具有适当的化学成分的合金时，采用各个装置中的硬化方法完全可以制造出在钢轨头的轨道表面部分具有提高的硬度和耐磨强度并具有足够的抗断裂强度。
已知的用于钢轨的硬化方法和冷却装置的最大缺点被认为是沿依赖于钢轨长度的截面上的结构分布可能的不均质性。换言之，如果相关的调质结构的表面部分和/或沿钢轨长度在钢轨截面上的结构成分的位置是不均匀的，则这将极为不利地影响钢轨的质量。纵使精确地保持方法参数和精确地控制冷却装置也可能产生钢轨质量方面的不希望的差异，其中即使采用花费极大的质量控制也会出现个别的一些钢轨并不符合质量要求。
本发明将克服上述缺点并且其目的在于，提供一种开头所述类型的方法，利用该方法可以得到沿全长在钢轨截面上恒定的结构分布并且可以确保高的钢轨质量。
本发明的另一目的在于提供一种装置，利用该装置可以保持截面的表面部分之局部冷却强度沿钢轨全长相同。
按照本发明的方法方面的目的这样来达到，即将处于奥氏体结构状态的钢轨校直、水平定位和同心地抗弯曲夹紧，然后在保持钢轨的夹紧或抗弯曲的情况下钢轨和/或至少钢轨截面的一部分可以从一个温度开始以已知的方式至少暂时地被强迫冷却而转变其结构，所述温度位于合金的Ac3点以上。
通过本发明得到的优点基本上在于，在奥氏体结构状态下实现一次校直，然后在同心地夹紧状态下热从钢轨表面被加强地排走。在加强冷却钢轨截面的一部分的过程中钢轨保持着笔直地夹紧，这有助于保持沿轴向方向单位冷却强度的恒定性。广泛的研究指出，即使在加强冷却钢轨的至少一部分的过程中钢轨只产生微小的弯曲，也可能改变沿表面部分的局部冷却特性曲线，因此大大影响从合金的奥氏体状态转变时的结构形成。按照本发明同心地水平夹紧保证在钢轨的加热调质时材料特性分布沿截面和沿钢轨全长是恒定的。
当在最后一道轧制变形后立即利用轧制热对钢轨进行校直、定位和同心地夹紧时可以得到本方法的特别经济的实施方案。
在设置技术上，而且对于沿截面要求的结构分布来说，将钢轨站立着夹紧可以是有利的，其中钢轨头垂直指向上方。这里当钢轨通过喷雾冷却排热时是有利的，其中沿纵向方向看去在对称于钢轨的垂直轴线的截面的表面部分采用同样高的冷却强度。
为了提高具有要求的特性分布的钢轨的制造可靠性和得到接触表面的特别耐磨性，将钢轨悬挂式夹紧可能是有利的，其中钢轨头垂直指向下方。这样的定位已证明是有利的，因为借此钢轨或仅仅钢轨头可以通过浸入冷却液中排热。
为了通过高的冷却介质的冷却强度将冷却控制到要求的温度和断续的强迫冷却，在转变动力学上来说，可能有利的是将钢轨的冷却暂时地和/或局部地关于其截面的表面部分断续地实施。其中也可能重要的是，如果将钢轨在强迫冷却以后松开，可以保持在较高的温度下和/或在静止空气中冷却到室温。
采用本方法，其中沿钢轨的全长对钢轨进行冷却或硬化或加热调质已证明对特别好的均匀性和高的质量以及校准其最优的使用特性是特别有利的。
本发明的另一目的是对开头所述类型的装置这样来解决，即钢轨支承装置构成为支承结构，其具有符合于钢轨的纵向长度和大的抗弯曲截面模量以及具有用于固定钢轨的定位元件和/或可拆卸式夹具。
抗弯曲和抗扭转刚性的支承结构的优点是，即使由于不同的质量分布和/或沿截面的不同的冷却强度在加强的冷却的情况下产生了弯曲力也能保持钢轨的笔直的夹紧。笔直的夹紧关于表面的冷却剂喷射或冷却液湿润的优点同样是很明显的，因为借其可以以沿钢轨全长的高的均匀性精确地定向于要求的钢轨部分。因此对于设定的截面区可以达到要求的冷却速度并从而以高度精确性达到要求的结构形成。
在设置技术上，而且就应用来说，支承结构作为焊接结构可以是有利的，在其上水平定向地设置至少三个定位元件，优选沿纵向长度每隔0.5m距离设一个定位元件。
当将可拆卸式夹具构成用于贴紧在定位元件上的钢轨的压紧件时可以得到简单而可靠的装置。
将可拆卸式夹紧构成具有用于沿水平纵向轴线方向定位钢轨的定向表面也可以是有利的。
为了得到沿钢轨全长尽可能均匀的组织结构或为了使局部的冷却强度不引起重要的影响，使定位元件和夹具具有在钢轨上减小的接触面例如楔形接触面可以是有利的。由此可以避免钢轨的所谓“软斑点”或软斑。
当精心的喷嘴配置和/或采用基本上没有悬浮物的水时，有利的是将钢轨用的冷却装置构成为用空气和/或水以沿纵向长度同样的冷却强度的喷射通道。
反之，如果将冷却装置构成为具有冷却液体的浸槽时，则可以以简单的方式通过添加合成介质来调整冷却强度，其对浸入的钢轨区有很好的作用。
另外，当调整构成为使钢轨支承结构和冷却装置在钢轨垂直的方向可沿截面相互相对运动时，可以特别有效地实施轨道部分的冷却循环和/或冷却。
当支承结构连接于具有一水平定向的定位元件的浸槽并且钢轨可通过夹具例如压紧装置靠在该定位元件上时，可以构成或通过改型制成一特别简单的装置。其中可以以特别简单的方式将夹具构成为压紧重量并至少设置在钢轨的顶部区域。
对于几乎是等温的热处理，如果装置可用于钢轨或其截面部分的断续硬化则是有利的。
以下对本发明借助于分别示出一个实施方案的附图更详细地加以说明。其中
图1示出用于用垂直设置的夹具悬挂的钢轨的浸浴调质之装置；
图2示出用于站立着的钢轨的喷淋调质之装置；
图3示出具有可转动定位的夹具之装置；
图4示出用压紧重量作为夹具之装置。
图1中以简图示出用于同心地夹紧一处于悬挂位置的钢轨1之装置。一由两箱式型材22、21抗扭转刚性地构成的支承结构2支承可运动的钳式定位元件3、3′，其具有用于钢轨1的基本上水平的接触面31、31′。在插入钢轨1和封闭定位元件3、3′以后夹紧元件41，例如通过一可液压操作的柱塞总是可以确保钢轨的同心的夹紧，然后该钢轨通过例如支承结构2的下降被送入冷却装置5中，例如送入具有冷却液体52的浸槽51中。在至少钢轨1的一部分经至少部分地冷却以后可以通过沿方向H提升支承结构2从冷却剂中将钢轨取出并在脱开夹具4′和定位元件3后卸下。
图2示出钢轨1站立着夹紧在支承结构2中而保证抗弯曲。该支承结构2由例如一下框架箱体和一上框架箱体21、22构成，这两箱体抗扭转刚性地相互连接在一起。为了同心地夹紧将钢轨1放在定位件23上并例如借助液压装置6通过转动来封闭定位元件3、3′，它们具有倾斜的接触面31、31′。
图3中示出按照本发明的装置，其具有在侧面设置的支承结构2的框架元件21、22。为了夹紧钢轨1，其由定位元件3、3′以接触面31、31′支承，将夹具4、4′绕转动中心42、42′转动并使其接触面41、41′靠在钢轨底面，从而固定钢轨1。通过沿方向H的相对运动可以将钢轨浸入冷却剂52中。
图4中以简图示出钢轨1的又一水平定位方式。将钢轨1以其钢轨头11指向下方插入具有冷却液体52的冷却装置5的浸槽51中并通过其中设置的定位元件3加以支承。为了夹紧于笔直的水平位置将压紧重量40放在钢轨1上，其通过支承装置42是可运动的，此时为了在接触面31、31′上形成一例如0.5mm的微小的间隙可以使定位元件3、3′下降。为了从冷却装置5中取出钢轨1，可以例如提升压紧重量40和提升定位元件3、3′。然而也可以使冷却装置5下降。

Claims (21)

1.钢轨或至少其钢轨头的硬化方法，其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构，其特征在于，将处于奥氏体结构状态的钢轨校直、水平定位和同心地抗弯曲夹紧，然后在保持钢轨的夹紧或抗弯曲的情况下钢轨和/或至少钢轨截面的一部分可以从一个温度开始以已知的方式至少暂时地被强迫冷却而转变其结构，所述温度位于合金的Ac3点以上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在最后一道轧制变形后立即利用轧制热对钢轨进行校直、定位和同心地夹紧。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将钢轨站立着夹紧，其钢轨头垂直指向上方。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将钢轨悬挂式夹紧，其钢轨头垂直指向下方。
5.按照权利要求1至4之一项所述的方法，其特征在于，钢轨通过喷雾冷却排热，其中沿纵向方向看去在对称于钢轨的垂直轴线的截面的表面部分采用同样高的冷却强度。
6.按照权利要求1至4之一项所述的方法，其特征在于，钢轨通过浸入冷却液中排热。
7.按照权利要求1至6之一项所述的方法，其特征在于，将钢轨的冷却暂时地和/或局部地关于其截面的表面部分断续地实施。
8.按照权利要求1至7之一项所述的方法，其特征在于，可以将钢轨在强迫冷却以后松开，保持在较高的温度下和/或在静止空气中冷却到室温。
9.按照权利要求1至8所述的方法可用于强迫冷却或硬化长度大于50m、优选大于90m的钢轨。
10.钢轨或至少其钢轨头的硬化装置，其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构，该装置基本上包括一钢轨支承装置和一冷却装置，其特征在于，钢轨支承装置构成为支承结构(2)，其具有符合于钢轨(1)的纵向长度和大的抗弯曲截面模量以及具有用于固定钢轨(1)的定位元件(3)和/或可拆卸式夹具(4)。
11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，支承结构(2)作为焊接结构，在其上水平定向地设置至少三个定位元件(3)，优选沿纵向长度每隔0.5m距离设一个定位元件(3)。
12.按照权利要求10或11所述的装置，其特征在于，可拆卸式夹具(4)构成用于贴紧在定位元件(3)上的钢轨(1)的压紧件(41)。
13.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，可拆卸式夹具(4)构成具有沿水平纵向方向定位钢轨(1)的定向表面(41、42)。
14.按照权利要求10至13之一项所述的装置，其特征在于，定位元件(3)和夹具(4)具有在钢轨(1)上减小的接触面，例如楔形接触面。
15.按照权利要求10至14之一项所述的装置，其特征在于，钢轨(1)用的冷却装置(5)构成为用空气和/或水(52、52′、52″)以沿纵向长度同样的冷却强度的喷射通道(50)。
16.按照权利要求10至14之一项所述的装置，其特征在于，冷却装置(5)构成为具有冷却液体(52)的浸槽(51)。
17.按照权利要求10至16之一项所述的装置，其特征在于，钢轨支承结构(2)和冷却装置(5)在钢轨垂直的方向(H)可沿截面相互相对运动。
18.按照权利要求10至17之一项所述的装置，其特征在于，支承结构(2)连接于具有一水平定向的定位元件(3)的浸槽(51)并且钢轨(1)可通过夹具(4)例如压紧装置(40)靠在该定位元件(3)上。
19.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，夹具(4)构成为压紧重量(40)并至少设置在钢轨的头部区域。
20.按照权利要求10至19之一项所述的装置，其特征在于，其可用于钢轨(1)或其截面部分的断续硬化。
21.按照权利要求10至20之一项所述的装置，其特征在于，为了硬化长度大于50m、优选大于90m的钢轨，该装置具有与之相适应的长度。
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