專利名稱：鋼軌的硬化方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化方法，其通過強迫冷卻使奧氏體結構轉變為要求的在室溫下穩定的顯微結構。
本發明還包括用于硬化鋼軌或至少其鋼軌頭的裝置，其通過強迫冷卻使奧氏體結構轉變為要求的在室溫下穩定的顯微結構，且主要包括一鋼軌支架和一冷卻裝置。
對于與鋼軌相關的鐵路運輸隨著其日益提高的軸載荷和類似的運輸負擔其鋼軌應該既具有鋼軌表面部分的高耐磨性，又由于軌道的彎曲應力應該具有高的抗斷裂強度。
已知的是，通過材料的加熱調質或借助在至少暫時強迫冷卻下使奧氏體結構轉變為在室溫下穩定的顯微結構來硬化鋼軌和/或鋼軌頭(EP-358362 A1、AT 402941 B、EP 186372 B和WO94/02652)。
冷卻可以通過對至少鋼軌表面的部分噴射冷卻劑，一種所謂噴霧冷卻或噴淋冷卻方法，或者通過將鋼軌至少部分地浸入冷卻浴來實現，其中屬于現有技術的是軋制熱的有利的利用。
按照所采用的冷卻方法，已知用于強迫冷卻鋼軌或其軌道部分的裝置有直通式裝置(AT 323224 B、EP 186373 B1)、冷卻床輸送裝置(DE 4237991 A1)和浸入式裝置(DE 4003363 C1、AT 402941 B)。
當采用具有適當的化學成分的合金時，采用各個裝置中的硬化方法完全可以制造出在鋼軌頭的軌道表面部分具有提高的硬度和耐磨強度并具有足夠的抗斷裂強度。
已知的用于鋼軌的硬化方法和冷卻裝置的最大缺點被認為是沿依賴于鋼軌長度的截面上的結構分布可能的不均質性。換言之，如果相關的調質結構的表面部分和/或沿鋼軌長度在鋼軌截面上的結構成分的位置是不均勻的，則這將極為不利地影響鋼軌的質量。縱使精確地保持方法參數和精確地控制冷卻裝置也可能產生鋼軌質量方面的不希望的差異，其中即使采用花費極大的質量控制也會出現個別的一些鋼軌并不符合質量要求。
本發明將克服上述缺點并且其目的在于，提供一種開頭所述類型的方法，利用該方法可以得到沿全長在鋼軌截面上恒定的結構分布并且可以確保高的鋼軌質量。
本發明的另一目的在于提供一種裝置，利用該裝置可以保持截面的表面部分之局部冷卻強度沿鋼軌全長相同。
按照本發明的方法方面的目的這樣來達到，即將處于奧氏體結構狀態的鋼軌校直、水平定位和同心地抗彎曲夾緊，然后在保持鋼軌的夾緊或抗彎曲的情況下鋼軌和/或至少鋼軌截面的一部分可以從一個溫度開始以已知的方式至少暫時地被強迫冷卻而轉變其結構，所述溫度位于合金的Ac3點以上。
通過本發明得到的優點基本上在于，在奧氏體結構狀態下實現一次校直，然后在同心地夾緊狀態下熱從鋼軌表面被加強地排走。在加強冷卻鋼軌截面的一部分的過程中鋼軌保持著筆直地夾緊，這有助于保持沿軸向方向單位冷卻強度的恒定性。廣泛的研究指出，即使在加強冷卻鋼軌的至少一部分的過程中鋼軌只產生微小的彎曲，也可能改變沿表面部分的局部冷卻特性曲線，因此大大影響從合金的奧氏體狀態轉變時的結構形成。按照本發明同心地水平夾緊保證在鋼軌的加熱調質時材料特性分布沿截面和沿鋼軌全長是恒定的。
當在最后一道軋制變形后立即利用軋制熱對鋼軌進行校直、定位和同心地夾緊時可以得到本方法的特別經濟的實施方案。
在設置技術上，而且對于沿截面要求的結構分布來說，將鋼軌站立著夾緊可以是有利的，其中鋼軌頭垂直指向上方。這里當鋼軌通過噴霧冷卻排熱時是有利的，其中沿縱向方向看去在對稱于鋼軌的垂直軸線的截面的表面部分采用同樣高的冷卻強度。
為了提高具有要求的特性分布的鋼軌的制造可靠性和得到接觸表面的特別耐磨性，將鋼軌懸掛式夾緊可能是有利的，其中鋼軌頭垂直指向下方。這樣的定位已證明是有利的，因為借此鋼軌或僅僅鋼軌頭可以通過浸入冷卻液中排熱。
為了通過高的冷卻介質的冷卻強度將冷卻控制到要求的溫度和斷續的強迫冷卻，在轉變動力學上來說，可能有利的是將鋼軌的冷卻暫時地和/或局部地關于其截面的表面部分斷續地實施。其中也可能重要的是，如果將鋼軌在強迫冷卻以后松開，可以保持在較高的溫度下和/或在靜止空氣中冷卻到室溫。
采用本方法，其中沿鋼軌的全長對鋼軌進行冷卻或硬化或加熱調質已證明對特別好的均勻性和高的質量以及校準其最優的使用特性是特別有利的。
本發明的另一目的是對開頭所述類型的裝置這樣來解決，即鋼軌支承裝置構成為支承結構，其具有符合于鋼軌的縱向長度和大的抗彎曲截面模量以及具有用于固定鋼軌的定位元件和/或可拆卸式夾具。
抗彎曲和抗扭轉剛性的支承結構的優點是，即使由于不同的質量分布和/或沿截面的不同的冷卻強度在加強的冷卻的情況下產生了彎曲力也能保持鋼軌的筆直的夾緊。筆直的夾緊關于表面的冷卻劑噴射或冷卻液濕潤的優點同樣是很明顯的，因為借其可以以沿鋼軌全長的高的均勻性精確地定向于要求的鋼軌部分。因此對于設定的截面區可以達到要求的冷卻速度并從而以高度精確性達到要求的結構形成。
在設置技術上，而且就應用來說，支承結構作為焊接結構可以是有利的，在其上水平定向地設置至少三個定位元件，優選沿縱向長度每隔0.5m距離設一個定位元件。
當將可拆卸式夾具構成用于貼緊在定位元件上的鋼軌的壓緊件時可以得到簡單而可靠的裝置。
將可拆卸式夾緊構成具有用于沿水平縱向軸線方向定位鋼軌的定向表面也可以是有利的。
為了得到沿鋼軌全長盡可能均勻的組織結構或為了使局部的冷卻強度不引起重要的影響，使定位元件和夾具具有在鋼軌上減小的接觸面例如楔形接觸面可以是有利的。由此可以避免鋼軌的所謂“軟斑點”或軟斑。
當精心的噴嘴配置和/或采用基本上沒有懸浮物的水時，有利的是將鋼軌用的冷卻裝置構成為用空氣和/或水以沿縱向長度同樣的冷卻強度的噴射通道。
反之，如果將冷卻裝置構成為具有冷卻液體的浸槽時，則可以以簡單的方式通過添加合成介質來調整冷卻強度，其對浸入的鋼軌區有很好的作用。
另外，當調整構成為使鋼軌支承結構和冷卻裝置在鋼軌垂直的方向可沿截面相互相對運動時，可以特別有效地實施軌道部分的冷卻循環和/或冷卻。
當支承結構連接于具有一水平定向的定位元件的浸槽并且鋼軌可通過夾具例如壓緊裝置靠在該定位元件上時，可以構成或通過改型制成一特別簡單的裝置。其中可以以特別簡單的方式將夾具構成為壓緊重量并至少設置在鋼軌的頂部區域。
對于幾乎是等溫的熱處理，如果裝置可用于鋼軌或其截面部分的斷續硬化則是有利的。
以下對本發明借助于分別示出一個實施方案的附圖更詳細地加以說明。其中
圖1示出用于用垂直設置的夾具懸掛的鋼軌的浸浴調質之裝置；圖2示出用于站立著的鋼軌的噴淋調質之裝置；圖3示出具有可轉動定位的夾具之裝置；圖4示出用壓緊重量作為夾具之裝置。
圖1中以簡圖示出用于同心地夾緊一處于懸掛位置的鋼軌1之裝置。一由兩箱式型材22、21抗扭轉剛性地構成的支承結構2支承可運動的鉗式定位元件3、3′，其具有用于鋼軌1的基本上水平的接觸面31、31′。在插入鋼軌1和封閉定位元件3、3′以后夾緊元件41，例如通過一可液壓操作的柱塞總是可以確保鋼軌的同心的夾緊，然后該鋼軌通過例如支承結構2的下降被送入冷卻裝置5中，例如送入具有冷卻液體52的浸槽51中。在至少鋼軌1的一部分經至少部分地冷卻以后可以通過沿方向H提升支承結構2從冷卻劑中將鋼軌取出并在脫開夾具4′和定位元件3后卸下。
圖2示出鋼軌1站立著夾緊在支承結構2中而保證抗彎曲。該支承結構2由例如一下框架箱體和一上框架箱體21、22構成，這兩箱體抗扭轉剛性地相互連接在一起。為了同心地夾緊將鋼軌1放在定位件23上并例如借助液壓裝置6通過轉動來封閉定位元件3、3′，它們具有傾斜的接觸面31、31′。
圖3中示出按照本發明的裝置，其具有在側面設置的支承結構2的框架元件21、22。為了夾緊鋼軌1，其由定位元件3、3′以接觸面31、31′支承，將夾具4、4′繞轉動中心42、42′轉動并使其接觸面41、41′靠在鋼軌底面，從而固定鋼軌1。通過沿方向H的相對運動可以將鋼軌浸入冷卻劑52中。
圖4中以簡圖示出鋼軌1的又一水平定位方式。將鋼軌1以其鋼軌頭11指向下方插入具有冷卻液體52的冷卻裝置5的浸槽51中并通過其中設置的定位元件3加以支承。為了夾緊于筆直的水平位置將壓緊重量40放在鋼軌1上，其通過支承裝置42是可運動的，此時為了在接觸面31、31′上形成一例如0.5mm的微小的間隙可以使定位元件3、3′下降。為了從冷卻裝置5中取出鋼軌1，可以例如提升壓緊重量40和提升定位元件3、3′。然而也可以使冷卻裝置5下降。
權利要求
1.鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化方法，其通過強迫冷卻使奧氏體結構轉變為要求的在室溫下穩定的顯微結構，其特征在于，將處于奧氏體結構狀態的鋼軌校直、水平定位和同心地抗彎曲夾緊，然后在保持鋼軌的夾緊或抗彎曲的情況下鋼軌和/或至少鋼軌截面的一部分可以從一個溫度開始以已知的方式至少暫時地被強迫冷卻而轉變其結構，所述溫度位于合金的Ac3點以上。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，在最后一道軋制變形后立即利用軋制熱對鋼軌進行校直、定位和同心地夾緊。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將鋼軌站立著夾緊，其鋼軌頭垂直指向上方。
4.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將鋼軌懸掛式夾緊，其鋼軌頭垂直指向下方。
5.按照權利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，鋼軌通過噴霧冷卻排熱，其中沿縱向方向看去在對稱于鋼軌的垂直軸線的截面的表面部分采用同樣高的冷卻強度。
6.按照權利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，鋼軌通過浸入冷卻液中排熱。
7.按照權利要求1至6之一項所述的方法，其特征在于，將鋼軌的冷卻暫時地和/或局部地關于其截面的表面部分斷續地實施。
8.按照權利要求1至7之一項所述的方法，其特征在于，可以將鋼軌在強迫冷卻以后松開，保持在較高的溫度下和/或在靜止空氣中冷卻到室溫。
9.按照權利要求1至8所述的方法可用于強迫冷卻或硬化長度大于50m、優選大于90m的鋼軌。
10.鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化裝置，其通過強迫冷卻使奧氏體結構轉變為要求的在室溫下穩定的顯微結構，該裝置基本上包括一鋼軌支承裝置和一冷卻裝置，其特征在于，鋼軌支承裝置構成為支承結構(2)，其具有符合于鋼軌(1)的縱向長度和大的抗彎曲截面模量以及具有用于固定鋼軌(1)的定位元件(3)和/或可拆卸式夾具(4)。
11.按照權利要求10所述的裝置，其特征在于，支承結構(2)作為焊接結構，在其上水平定向地設置至少三個定位元件(3)，優選沿縱向長度每隔0.5m距離設一個定位元件(3)。
12.按照權利要求10或11所述的裝置，其特征在于，可拆卸式夾具(4)構成用于貼緊在定位元件(3)上的鋼軌(1)的壓緊件(41)。
13.按照權利要求10所述的裝置，其特征在于，可拆卸式夾具(4)構成具有沿水平縱向方向定位鋼軌(1)的定向表面(41、42)。
14.按照權利要求10至13之一項所述的裝置，其特征在于，定位元件(3)和夾具(4)具有在鋼軌(1)上減小的接觸面，例如楔形接觸面。
15.按照權利要求10至14之一項所述的裝置，其特征在于，鋼軌(1)用的冷卻裝置(5)構成為用空氣和/或水(52、52′、52″)以沿縱向長度同樣的冷卻強度的噴射通道(50)。
16.按照權利要求10至14之一項所述的裝置，其特征在于，冷卻裝置(5)構成為具有冷卻液體(52)的浸槽(51)。
17.按照權利要求10至16之一項所述的裝置，其特征在于，鋼軌支承結構(2)和冷卻裝置(5)在鋼軌垂直的方向(H)可沿截面相互相對運動。
18.按照權利要求10至17之一項所述的裝置，其特征在于，支承結構(2)連接于具有一水平定向的定位元件(3)的浸槽(51)并且鋼軌(1)可通過夾具(4)例如壓緊裝置(40)靠在該定位元件(3)上。
19.按照權利要求18所述的裝置，其特征在于，夾具(4)構成為壓緊重量(40)并至少設置在鋼軌的頭部區域。
20.按照權利要求10至19之一項所述的裝置，其特征在于，其可用于鋼軌(1)或其截面部分的斷續硬化。
21.按照權利要求10至20之一項所述的裝置，其特征在于，為了硬化長度大于50m、優選大于90m的鋼軌，該裝置具有與之相適應的長度。
全文摘要
本發明涉及鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化方法與裝置,其通過強迫冷卻使奧氏體結構轉變為要求的在室溫下穩定的顯微結構。為了沿鋼軌全長在鋼軌截面上得到恒定的結構分布和確保高的鋼軌質量,按照本發明在方法技術上設置成使處于奧氏體結構狀態的鋼軌校直、水平定位和同心地抗彎曲夾緊,然后在保持鋼軌的夾緊或抗彎曲的情況下鋼軌和/或至少鋼軌截面的一部分可以從一個溫度開始以已知的方式至少暫時地被強迫冷卻而轉變其結構,所述溫度位于合金的Ac
文檔編號C21D9/06GK1327074SQ0112082
公開日2001年12月19日 申請日期2001年5月29日 優先權日2000年5月29日
發明者諾伯特·科克, 彼得·波因特納 申請人:福斯特·阿爾帕鋼軌股份有限公司