CN1920062A - 钢轨热处理方法及钢轨热处理机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢轨热处理方法及钢轨热处理机组。本发明的钢轨热处理方法使生产出的钢轨的金相组织更为精细，从而提高钢轨的使用寿命，它包括如下步骤：让轧后高温钢轨连续运行，并对其进行热矫直；第一次热处理，通过喷风冷却的方式对钢轨轨头、钢轨轨底进行强制冷却；第二次热处理，对钢轨轨头进行加热使其温度升到850～950℃，再通过喷风冷却的方式钢轨轨头进行二次强制冷却，使其温度与钢轨轨底温度相当。钢轨热处理机组包括按顺序设置的：前台架，由翻钢机、抬钢移钢机和输送钢轨的前辊道构成；热矫直装置，具有沿钢轨输送方向间隔设置的至少三对主动矫直辊、被动矫直棍；第一风冷装置；加热机组，对钢轨轨头进行加热；第二风冷装置。

Description

钢轨热处理方法及钢轨热处理机组
技术领域
本发明涉及热处理方法及热处理装置，特别涉及一种钢轨热处理方法及用于该方法的钢轨热处理机组。
背景技术
随着铁路运输向高速、重载发展，对钢轨提出了越来越高的要求。经过多年的研究和使用实践表明，通过热处理，使钢轨得到微细的珠光体金相组织后，有较好的机械性能，是提高钢轨使用寿命的有力手段。在现有技术中，对钢轨进行热处理有两种方式：一种方式是对常温成品轧态钢轨再加热后进行热处理(又称“离线热处理工艺”)；另一种方式是在轧钢生产线上利用轧制余热对钢轨进行热处理(又称“在线热处理工艺”)。
离线热处理工艺，由于轧后钢轨有两次相变过程，能够得到较细的珠光体组织，因而硬化层有较高强度、韧性和硬度。但离线热处理工艺存在下述固有缺点：能耗高；硬化层浅，在硬化与非硬化层之间的过渡处有软化带；钢轨平直度差，钢轨平直度靠辊式矫直来保证，同一支钢轨只能进行一次反复弯曲的辊式矫直，钢轨热处理前已经进行了辊式矫直，热处理后不能再进行辊式矫直。
在线热处理工艺，能耗低，钢轨的硬化层深，钢轨头部组织和硬度均匀过渡，无硬度塌落和软化带，平直度高。但在线热处理工艺存在下述固有缺点：轧后钢轨只有一次相变过程，得到的金相组织没有采用离线热处理工艺所生产的钢轨的金相组织精细。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种钢轨热处理方法，使生产出的钢轨的金相组织更为精细，从而提高钢轨的使用寿命。
本发明解决以上技术问题所采用的技术方案是：本发明钢轨热处理方法包括如下步骤：①让轧后高温钢轨连续运行，并对其进行热矫直；②第一次热处理，通过喷风冷却的方式对钢轨轨头、钢轨轨底进行强制冷却；③第二次热处理，对钢轨轨头进行加热使其温度升到850～950℃，再通过喷风冷却的方式钢轨轨头进行二次强制冷却，使其温度与钢轨轨底温度相当。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种用于上述钢轨热处理方法的钢轨热处理机组。
本发明解决以上技术问题所采用的技术方案是：钢轨热处理机组，设置于钢轨轧制生产线之后，其特征是它包括按顺序设置的：a.前台架，由翻钢机、抬钢移钢机和输送钢轨的前辊道构成；b.热矫直装置，具有沿钢轨输送方向间隔设置的至少三对主动矫直辊、被动矫直棍；c.第一风冷装置；d.加热机组，对钢轨轨头进行加热；e.第二风冷装置。
为便于对钢轨进行后续精整作业，所述第二风冷装置之后还可设置收集台架。作为上述技术方案的优化，为缩短整个钢轨热处理机组的纵向长度，以及合理和有效地利用生产车间的宽度，所述前台架、热矫直装置、第一风冷装置沿钢轨轧制生产线方向依次设置，所述加热装置、第二风冷装置、收集台架沿与钢轨轧制生产线相反的方向依次设置；第一风冷装置的出口与加热装置的入口之间设置有由快速抬钢移钢机构成的横移台架。
本发明的有益效果是，由于在利用轧制余热对钢轨进行第一次热处理后，紧接着对钢轨再加热进行第二次热处理，钢轨两次在快速冷却中进行相变，使钢轨得到更为精细的金相组织，钢轨的耐磨性能、抗接触疲劳性能及使用寿命都高于现有在线热处理工艺和离线热处理工艺所生产的热处理钢轨；在对钢轨进行第二次热处理时，钢轨轨腰和轨头中部已经处于高温状态，再加热的能耗比离线热处理工艺降低了70％，有利于降低钢轨的生产成本。本发明的钢轨热处理机组，具有布局合理和生产效率高的特点。
附图说明
本说明书包括如下六幅附图：
附图1为本发明钢轨热处理机组布置方式的平面示意图；
附图2为本发明钢轨热处理机组中前台架的横剖面示意图；
附图3为本发明钢轨热处理机组中热矫直装置俯视示意图；
附图4为本发明钢轨热处理机组中的第一风冷装置和第二风冷装置的横剖面示意图；
附图5为本发明钢轨热处理机组中快速抬钢移钢机组横剖面示意；图；
附图6为本发明钢轨热处理机组中加热装置的横剖面示意图。
图中零部件、部位及编号：钢轨1、轧制生产线延长辊道2、前台架10、翻钢机11、前辊道12、抬钢移钢机13、热矫直装置20、主动矫直辊21、被动矫直棍22、第一风冷装置30、喷风冷却器31、喷风冷却器32、喷风冷却器33、上导向约束机构34、下导向约束机构35、横移台架40、快速抬钢移钢机41、加热装置50、中频感应加热器51、上导向约束机构52、下导向约束机构53、第二风冷装置60、收集台架70。
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。
本发明的钢轨热处理方法，包括如下步骤：
①让轧后高温钢轨连续运行，并对其进行热矫直；
②第一次热处理，通过喷风冷却的方式对钢轨轨头、钢轨轨底进行强制冷却；
③第二次热处理，对钢轨轨头进行加热使其温度升到850～950℃，再通过喷风冷却的方式对钢轨轨头进行二次强制冷却，使其温度与钢轨轨底温度相当。
在上述技术方案中，所述步骤②第一次热处理过程中，钢轨轨头、钢轨轨底的冷却速度为1～5℃/s；所述步骤③第二次热处理过程中，钢轨轨头的冷却速度为1～5℃/s；所述步骤③第二次热处理过程中，可优选地采用中频感应加热装置对钢轨轨头进行加热。
所述步骤③第二次热处理之后，待钢轨冷却到常温后，对钢轨进行后续精整作业。
本发明的钢轨热处理方法在利用轧制余热对钢轨进行第一次热处理后，紧接着对钢轨再加热进行第二次热处理，钢轨两次在快速冷却中进行相变，使钢轨得到更为精细的金相组织，钢轨的耐磨性能、抗接触疲劳性能及使用寿命都高于现有在线热处理工艺和离线热处理工艺所生产的热处理钢轨；在对钢轨进行第二次热处理时，钢轨轨腰和轨头中部已经处于高温状态，再加热的能耗比离线热处理工艺降低了70％，有利于降低钢轨的生产成本。
实施例1：钢轨的化学成分：0.71～0.80％C，0.50～0.80％Si，0.75～1.05％Mn，≤0.030％P，≤0.030％S，0.04～0.12％V，其余为铁和微量杂质。钢轨热处理过程为：当热轧后高温钢轨的温度降至810℃时对其进行热矫直；第一次热处理，通过喷风冷却的方式对钢轨轨头、钢轨轨底进行强制冷却，强制冷却速度为3.2℃/s；第二次热处理，对钢轨轨头进行加热使其温度升到870℃，再通过喷风冷却的方式钢轨轨头进行二次强制冷却，使其温度与钢轨轨底温度相当，钢轨轨头强制冷却速度为3℃/s；待钢轨冷却到常温后，对钢轨进行后续精整作业。经过两次热处理后，钢轨的力学性能为：屈服强度Rp0.2≥900MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥12％。
实施例2：钢轨的化学成分：0.65～0.77％C，0.15～0.35％Si，1.10～1.50％Mn，≤0.035％P，≤0.035％S，其余为铁和微量杂质。钢轨热处理过程为：当热轧后高温钢轨的温度降至790℃时对其进行热矫直；第一次热处理，通过喷风冷却的方式对钢轨轨头、钢轨轨底进行强制冷却，强制冷却速度为3.2℃/s；第二次热处理，对钢轨轨头进行加热使其温度升到870℃，再通过喷风冷却的方式钢轨轨头进行二次强制冷却，使其温度与钢轨轨底温度相当，钢轨轨头强制冷却速度为3.2℃/s；待钢轨冷却到常温后，对钢轨进行后续精整作业。钢轨的力学性能为：屈服强度Rp0.2≥800MPa，抗拉强度Rm≥1200MPa，延伸率A≥10％。
参照图1和图3，本发明的钢轨热处理机组，设置于钢轨轧制生产线之后，它包括按顺序设置的：a.前台架10，由翻钢机11、抬钢移钢机13和输送钢轨的前辊道12构成；b.热矫直装置20，具有沿钢轨输送方向间隔设置的至少三对主动矫直辊21、被动矫直棍22；c.第一风冷装置30；d.加热机组50，对钢轨轨头进行加热；e.第二风冷装置60。参照图1，为便于对钢轨进行后续精整作业，所述第二风冷装置60之后设置有收集台架70。
参照图6，所述加热装置50可优选地采用中频感应加热器51，它还包括有引导钢轨的上导向约束机构52、下导向约束机构53。参照图4，所述第一风冷装置30、第二风冷装置60中设置有引导钢轨的上导向约束机构34、下导向约束机构35。第二风冷装置60中，也可在钢轨轨底下方设置喷风冷却器33，进行第二次强制冷却时位于钢轨1下方的喷风冷却器33对钢轨轨底喷吹适当的风量，使钢轨1在离开第二风冷装置60时，钢轨轨头、钢轨轨底处于相当的温度。
参照图1和图5所示，为缩短整个钢轨热处理机组的纵向长度，以及合理和有效地利用生产车间的宽度，所述前台架10、热矫直装置20、第一风冷装置30沿钢轨轧制生产线方向依次设置，所述加热装置50、第二风冷装置60、收集台架70沿与钢轨轧制生产线相反的方向依次设置；第一风冷装置30的出口与加热装置50的入口之间设置有由快速抬钢移钢机41构成的横移台架40。
本发明的钢轨热处理机组，具有布局合理和生产效率高的特点。
本发明的钢轨热处理机组的运行过程如下：
参照图1和图2，进行热处理生产时，由轧制生产线延长辊道2将轧后的高温钢轨1送入热处理机组前台架10；钢轨1到位后，翻钢机11将钢钢轨1翻转成钢轨轨头朝上的状态，随后由抬钢移钢机13将钢轨1抬钢移钢机13抬移到热处理机组前辊道12上；参照图1、图2和图3，当钢轨1的温度降至810℃～790℃时，由热处理机组前辊道12按照图3中箭头所示的方向将钢轨1送入热矫直装置20，在主动矫直辊21、被动矫直棍22的作用下，对钢轨1进行热矫直使其处于平直状态；参照图1和图4，热矫直后的钢轨1被送入第一风冷装置30，在上导向约束机构34、下导向约束机构35的控制下，钢轨1按着要求的轨迹，保持平直状态在第一风冷装置30内运行，在喷风冷却器31、喷风冷却器32、喷风冷却器33的作用和控制下，钢轨轨头、钢轨轨底以1～5℃/s的冷却速度进行强制冷却，进行第一次热处理；参照图1、图4和图5，钢轨1离开第一风冷装置30，到达热处理机组后横移台架40时，钢轨轨头、钢轨轨底完成了第一次相变，横移台架40的快速抬钢移钢机41将钢轨1迅速横移，送到加热装置50前；参照图1和图6，钢轨1被送入加热装置50后，在上导向约束机构52、下导向约束机构53的控制下，钢轨1按着要求的轨迹，保持平直状态运行，由中频感应加热器51将钢轨轨头温度上升到850～950℃；参照图1和图4，钢轨1离开加热装置50进入第二风冷装置60，同样在上导向约束机构34、下导向约束机构35的控制下，钢轨1按着要求的轨迹，保持平直状态在第二风冷装置60内运行，在喷风冷却器31、32的作用和控制下，钢轨轨头以1～5℃/s的冷却速度进行强制冷却，进行第二次热处理，钢轨1下方的喷风冷却器33对钢轨轨底喷吹适当的风量，使钢轨1离开第二风冷装置60时，钢轨轨头、钢轨轨底处于相当的温度，保证钢轨1较平直的进入收集台架70；钢轨1在收集台架70上冷却到常温后，进行矫直、轨端加工、检验等精整后供铁路部门使用。

Claims (10)

1、钢轨热处理方法，包括如下步骤：
①让轧后高温钢轨连续运行，并对其进行热矫直；
②第一次热处理，通过喷风冷却的方式对钢轨轨头、钢轨轨底进行强制冷却；
③第二次热处理，对钢轨轨头进行加热使其温度升到850～950℃，再通过喷风冷却的方式钢轨轨头进行二次强制冷却，使其温度与钢轨轨底温度相当。
2、如权利要求1所述的钢轨热处理方法，其特征是：所述步骤②第一次热处理过程中，钢轨轨头、钢轨轨底的冷却速度为1～5℃/s。
3、如权利要求1所述的钢轨热处理方法，其特征是：所述步骤③第二次热处理过程中，采用中频感应加热装置对钢轨轨头进行加热。
4、如权利要求1所述的钢轨热处理方法，其特征是：所述步骤③第二次热处理过程中，钢轨轨头的冷却速度为1～5℃/s。
5、如权利要求1所述的钢轨热处理方法，其特征是：所述步骤③第二次热处理之后，待钢轨冷却到常温后，对钢轨进行后续精整作业。
6、钢轨热处理机组，设置于钢轨轧制生产线之后，其特征是它包括按顺序设置的：
a.前台架(10)，由翻钢机(11)、抬钢移钢机(13)和输送钢轨的前辊道(12)构成；
b.热矫直装置(20)，具有沿钢轨输送方向间隔设置的至少三对主动矫直辊(21)、被动矫直棍(22)；
c.第一风冷装置(30)；
d.加热机组(50)，对钢轨轨头进行加热；
e.第二风冷装置(60)。
7、如权利要求6所述的钢轨热处理机组，其特征是：所述第一风冷装置(30)、第二风冷装置(60)由设置在钢轨轨头上方的喷风冷却器(31)、设置在钢轨轨头两侧的喷风冷却器(32)，以及设置钢轨轨底的喷风冷却器(33)构成。所述第一风冷装置(30)、第二风冷装置(60)中设置有引导钢轨的上导向约束机构(34)、下导向约束机构(35)。
8、如权利要求6所述的钢轨热处理机组，其特征是：所述加热机组(50)采用的是中频感应加热器(51)，它还包括有引导钢轨的上导向约束机构(52)、下导向约束机构(53)。
9、如权利要求6所述的钢轨热处理机组，其特征是：所述第二风冷装置(60)之后设置有收集台架(70)。
10、如权利要求9所述的钢轨热处理机组，其特征是：所述前台架(10)、热矫直装置(20)、第一风冷装置(30)沿钢轨轧制生产线方向依次设置，所述加热机组(50)、第二风冷装置(60)、收集台架(70)沿与钢轨轧制生产线相反的方向依次设置；第一风冷装置(30)的出口与加热机组(50)的入口之间设置有由快速抬钢移钢机(41)构成的横移台架(40)。
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