一種高速鐵路用鋼軌及其生產方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高速鐵路用鋼軌及其生產方法和應用。
【背景技術】
[0002] 近些年，我國高速鐵路經歷了歷史性的大發展時期，在此期間，已經建成了過萬公 里的時速200km、250km和時速350km高速鐵路系統，基本形成了"四橫四縱"高速網絡。高 速鐵路由于列車軸重較輕，需要鋼軌強度級別較低，如通常采用HB260級的U71Mn熱乳鋼 軌。但是，該鋼軌在高速彎道中的磨損速度較快，需要部分線路開始采用高速熱處理鋼軌來 提高彎道鋼軌的使用性能。
[0003] 在高速線路彎道中，在輪軌早期的接觸階段，由于輪軌匹配度不高，造成其接觸應 力過大，前期采用熱乳鋼軌，可以快速地將鋼軌軌距角處的金屬磨損掉，可以有效地減少疲 勞傷損的產生。但是在采用高速熱處理鋼軌后，由于其強度和耐磨耗性能提高，其軌距角金 屬不易被磨掉，這樣在早期反而會容易造成接觸疲勞傷損，影響鐵路的運營安全。
[0004] 針對高速鐵路鋼軌的科學使用，國內外研究人員在采取不同措施進行改善，以期 使鋼軌使用更為安全，鐵路運輸更為順暢。例如，北美地區的美國、加拿大等通過利用將軌 距角處的三段圓弧優化為四段圓弧，使輪軌接觸應力更小。國內鋼軌研究工作者近些年也 開始借鑒北美的技術思路來改善輪軌接觸條件，如周清躍、張銀花、田常海等發表的"60N 鋼軌的廓形設計及試驗研究"論文中介紹，針對我國鐵路多種型面的車輪在線路上混跑的 實際情況，為改善輪軌接觸關系，減少輪軌接觸應力、改善車輛動力學性能，研究設計具有 新軌頭廓型的60N鋼軌。仿真結果表明：60N鋼軌與LM，S1002CN和LMA型面車輪接觸時的 接觸點基本在軌頭踏面中心區域；60N鋼軌的最大接觸應力和最大Mises等效應力與60鋼 軌相比，分別降低約19 %和13%。
[0005] 同時，國內專利CN101921950 B "用于高速和準高速鐵路的鋼軌及其制造方法" 中公開了本發明公開了一種用于高速和準高速鐵路的鋼軌及其制造方法。通過降低碳含 量，并配合乳后控制冷卻的方式，得到具有優良的滾動接觸疲勞性能的鋼軌，所述鋼軌包含 的化學成分以重量計為：〇. 40 %~0. 64%的C，0. 10 %~1. 00 %的Si，0. 30 %~1. 50 %的 Mn，少于等于0. 025%的P，少于等于0. 025%的S，少于等于0. 005%的A1，大于0少于等于 0. 05%的稀土元素，總量大于0且小于等于0. 20 %的V、Cr和Ti中的至少一種，以及余量 的Fe和不可避免的雜質。根據該發明的方法制造的鋼軌保持了現有高速鐵路的鋼軌的強 度和硬度的同時提高了鋼軌的韌塑性和屈服強度，并提高了形成在鋼軌表層的疲勞微裂紋 萌生及擴展所需的能量值，從而在相同條件下可以改善鋼軌的滾動接觸疲勞性能，最終提 高鋼軌的使用壽命和運輸安全性。然而該方法雖然提高了高速鋼軌的抗接觸疲勞性能，但 是部分降低了鋼軌基體的抗磨耗性能。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是克服現有的貨運鐵路在使用早期容易出現接觸疲勞勞損的現狀， 提供一種尚速鐵路用鋼軌及其生廣方法，該尚速鐵路用鋼軌具有尚強度、尚耐磨性和尚抗 接觸疲勞性能，尤其在使用前期具有優異的耐磨性能和抗接觸疲勞性能。
[0007] 本發明提供了一種高速鐵路用鋼軌，該高速鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組 織構成，所述軌距角的厚度為3-5mm，硬度為290-319HB，延伸率為13. 5-17. 0%。
[0008] 本發明還提供了生產本發明的高速鐵路用鋼軌的方法，該方法包括：將終乳后的 鋼軌進行快速冷卻，然后對軌距角部位進行快速加熱和保溫；快速冷卻的條件包括：開冷 溫度為800-880°C，冷卻速度為2-10°C /s，終冷溫度為360-4KTC ;快速加熱和保溫的條件 包括：以3. 0-4. 0°C /s的升溫速度將軌距角溫度升高至710-8KTC并保溫2-4min。
[0009] 本發明另外提供了本發明生產高速鐵路用鋼軌的方法生產得到的高速鐵路用鋼 軌。
[0010] 本發明的發明人發現球狀珠光體組織由于其較好的塑形性能和稍低的耐磨耗性 能非常適合用作軌距角的金相組織，這樣的軌距角由于具有更好的塑形性能，能被快速磨 掉，形成良好的輪軌接觸關系，使鋼軌在使用前期具有良好的耐磨耗性能和抗接觸疲勞性 能。本發明的發明人進一步研究發現，為了得到球狀珠光體組織的軌距角，可以在鋼軌的生 產后期進行特殊的熱處理，例如先快速冷卻，然后對軌距角部位進行快速加熱和保溫，能夠 使軌距角處生成球狀珠光體組織。本發明的方法得到的鋼軌兼具優異的強度、耐磨性和抗 接觸疲勞性能。
[0011] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0012] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0013] 圖1是本發明提供的高速鐵路用鋼軌的軌距角的區域示意圖。
[0014] 圖2是根據本發明實施例1的高速鐵路用鋼軌的軌距角的球狀珠光體組織的金相 組織的掃描電鏡圖。
[0015] 圖3是本發明提供的高速鐵路用鋼軌的軌頭基體的硬度測試的測試點示意圖。
[0016] 圖4是本發明提供的高速鐵路用鋼軌的軌距角的硬度測試的測試點示意圖。
[0017] 圖5是本發明提供的高速鐵路用鋼軌的快速加熱過程的加熱區域示意圖。
[0018] 附圖標記說明
[0019] 1軌距角的區域 A1軌頭基體硬度的測試位置
[0020] B1軌距角硬度的測試位置C1軌距角硬度的測試位置
【具體實施方式】
[0021] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0022] 本發明提供了一種高速鐵路用鋼軌，該高速鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組 織構成，所述軌距角1的厚度為3-5mm，硬度為290-319HB，延伸率為13. 5-17. 0 %，如圖1所 不。
[0023]優選地，所述高速鐵路用鋼軌的軌距角1的厚度為3. 5-4. 7mm，硬度為295-315HB， 延伸率為13. 5-16. 2% ;優選地，所述高速鐵路用鋼軌的軌距角1的寬度為18-22mm。
[0024] 在本發明中，所述軌距角1的厚度的測定方法為金相腐蝕法，硬度的測定方法為 GB/T231. 1，延伸率的測定方法為GB/T228. 1。如圖4所示，鋼軌的軌距角1的硬度測試點 B1和C1的位置大致在軌距角1厚度的中間點。
[0025] 在本發明中，所述軌距角1的位置適用于本領域通用的軌距角的位置，所述軌距 角1的邊界通過金相組織來界定，金相組織為球狀珠光體組織的部分為本發明的軌距角的 具體位置，如圖1中附圖標記1所指的陰影部分所示。本發明中的軌頭、軌腰等描述鋼軌部 位的詞均適用于本領域通用的定義。本發明中所述的軌頭基體指的是軌頭除了軌距角1之 外的部分。
[0026] 根據本發明的高速鐵路用鋼軌，所述高速鐵路用鋼軌的除軌距角1以外的其他部 位優選由片狀珠光體組織構成，更優選由片狀珠光體組織和鐵素體組織構成，以除軌距角 以外的其他部位的總重量為基準，片狀珠光體組織的含量為99. 0-99. 5重量％，鐵素體組 織的含量為0.5-1. 0重量％。
[0027] 根據本發明的高速鐵路用鋼軌，所述高速鐵路用鋼軌的除軌距角1以外的軌頭基 體的硬度為321-350HB，延伸率為10. 5-14. 5%。所述軌頭基體的硬度的測定方法為GB/ T231. 1，延伸率的測定方法為GB/T228. 1。如圖3所示，鋼軌的軌距角1的硬度測試點A1的 位置大致在軌頭中軸線上深度大約1〇_的位置。
[0028] 本發明的高速鐵路用鋼軌的軌型優選為60kg/m。
[0029] 根據本發明的高速鐵路用鋼軌，以所述高速鐵路用鋼軌的總重量為基準，所述高 速鐵路用鋼軌可以含有0. 63-0. 73重量％的碳、0. 1-0. 5重量％的硅、0. 7-1. 2重量％的錳、 0. 05-0. 3重量％的鉻、0. 04重量％以下的釩、0. 025重量％