一種道岔軌的熱處理方法和道岔軌的制作方法

一種道岔軌的熱處理方法和道岔軌的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種道岔軌的熱處理方法，其中，該方法包括：將待處理的軌頭踏面溫度為650-900℃的道岔軌進行加速冷卻以得到全珠光體組織的道岔軌，其中，道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度高于道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度。本發明提供了按照本發明所述的熱處理方法得到的道岔軌。本發明的道岔軌，軌頭工作側的硬度及抗拉強度均比軌頭非工作側的高，并且具有良好的平直度。
【專利說明】一種道岔軌的熱處理方法和道岔軌
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種道岔軌的熱處理方法和一種由本發明的道岔軌的熱處理方法得到的道岔軌。
【背景技術】
[0002]隨著鐵路運輸事業的快速發展，大運量、高軸重、高密度的鐵路運輸模式已初步形成。在愈加苛刻的線路條件下，鐵路鋼軌及道岔軌的傷損問題日益突出。道岔軌不僅是實現鐵路連接和交叉的重要設備，而且還是影響線路運行效率和行車安全的關鍵環節。
[0003]目前，道岔軌主要由鋼軌生產廠家提供原料，由道岔軌生產企業進行銑削加工及后序處理。一般來說，由于熱軋態道岔軌強度與硬度較低，在列車特別是重載列車沖擊載荷的作用下，易于產生剝離掉塊、過快磨損等有害缺陷。因此，加工完成后需進行熱處理，以提高道岔軌的綜合性能、延長其使用壽命。然而，由于采用先加工后熱處理的模式，鋼軌重新經歷奧氏體化并冷卻后平直度等參數難以滿足更高要求，限制了道岔軌在高速及準高速線路的應用。同時，離線加熱條件下軌頭硬化層深度有限，一般在15mm以內，而道岔尖軌最高加工深度達到23_，硬化效果難以有效利用，從而影響道岔的服役壽命。
[0004]近年來，鋼軌在線熱處理技術的發展為道岔軌熱處理提供了新的思路:通過對軋后帶有余熱的鋼軌的軌頭及其它部位施加加速冷卻介質，可以獲得較熱軋態顯著提升的性能指標。
【發明內容】

[0005]本發明的目的在于，在現有技術的基礎上提供一種能夠使得得到的道岔軌的軌頭工作側的抗拉強度及硬度較軌頭非工作側的抗拉強度及硬度明顯提高且具有良好的平直度的道岔軌的熱處理方法。
[0006]本申請的 申請人:在研究過程中發現，直接采用現有的鋼軌在線熱處理技術處理道岔軌仍存在較大的技術缺陷，因為，相比于普通鋼軌，道岔軌為非對稱斷面，其軌頭工作側面積所占比例高于軌頭非工作側，因此，如果按照現有技術的鋼軌在線熱處理技術進行道岔軌的熱處理，在道岔軌的軌頭工作側與軌頭非工作側采用相同的加速冷卻工藝進行加速冷卻，將使得在加速冷卻過程中，由于軌頭工作側熱容高，冷卻較慢，一方面無法獲得優異的性能指標的道岔軌；更重要的是，在加速冷卻過程中，冷速較快的一側(即軌頭非工作側)將向冷速較慢的一側(即軌頭工作側)彎曲，對道岔軌全長的平直度及后序的矯直工序帶來不利影響；而如果同時提高軌頭工作側和軌頭非工作側的冷卻速率，則將顯著增大異常顯微組織產生的風險，導致道岔軌報廢。因此，按照現有的鋼軌在線熱處理技術進行道岔軌的熱處理難以有效滿足道岔軌的生產要求。
[0007]在上述基礎上，本申請的 申請人:經過創造性的勞動發現，在道岔軌的軌頭工作側和道岔軌的軌頭非工作側施加不同的加速冷卻速度，且保證道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度比道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度高可以解決上述技術難題，并且需要保證加速冷卻的初始階段待處理的道岔軌的軌頭踏面溫度為900-650°C。因為，當溫度高于900°C時，道岔軌表層受到冷卻介質的激冷，溫度迅速降低；此時，來自軌頭心部及軌腰部位的熱量迅速向表層擴散，將在軌頭踏面下方約5_-15_內形成一個溫度緩慢降低的區域，因此隨著冷卻過程的進行，相變將在較小的過冷度下開始并相繼完成，由于在該溫度條件下溫度降低緩慢，從而使得最終得到的道岔軌強度及硬度等指標偏低，無法滿足線路使用需求，而當溫度低于650°C時，由于該溫度距離相變點溫度較近，過快的冷速將使鋼軌表層及表層下方一定深度內產生貝氏體、馬氏體等異常組織的風險顯著提高，而異常組織的產生將使道岔軌報廢，造成嚴重損失。基于上述發現，完成了本發明。
[0008]為實現上述目的，根據本發明的第一方面，本發明提供了一種道岔軌的熱處理方法，其中，該方法包括:將待處理的軌頭踏面溫度為650-900°C的道岔軌進行加速冷卻以得到全珠光體組織的道岔軌，其中，道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度高于道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度。
[0009]根據本發明的第二方面，本發明提供了按照本發明所述的熱處理方法得到的道岔軌。
[0010]按照本發明的道岔軌的熱處理方法得到的道岔軌，軌頭工作側的硬度及抗拉強度均比軌頭非工作側的硬度高，例如在本發明的優選的實施方式中，道岔軌的軌頭工作側的硬度比軌頭非工作側的硬度高1-3HRC，道岔軌的軌頭工作側的抗拉強度比軌頭非工作側的抗拉強度高20-50MPa，并且道岔軌具有良好的平直度，使用過程中滾動接觸疲勞性能和耐磨損性能良好，非常適用于對抗接觸疲勞傷損和耐磨損性能較高的普通客貨混運和重載鐵路。
[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。
【專利附圖】

【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是本發明的道岔軌的斷面圖；
[0014]圖2為本發明的道岔軌的軌頭斷面硬度測試位置示意圖。
[0015]附圖標記說明
[0016]I軌頭2軌底
[0017]101軌頭踏面102軌頭工作側
[0018]103軌頭非工作側201軌底中心
[0019]3 軌腰
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖對本發明的【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。
[0021]本發明提供了一種道岔軌的熱處理方法，其中，該方法包括:將待處理的軌頭踏面溫度為650-900°C的道岔軌進行加速冷卻以得到全珠光體組織的道岔軌，其中，道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度高于道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度。[0022]如圖1所示，本發明中，軌頭踏面101是指軌頭頂面與車輪接觸的部分，軌頭工作側102是指道岔軌軌頭經銑削加工并組裝成道岔后，在引導列車行走時受到車輪碾壓及沖擊載荷作用的部分，軌頭非工作側103是指軌頭部位不與車輪接觸的另一側面，其中，軌頭1包括軌頭踏面101、軌頭工作側102、軌頭非工作側103 ;軌底2是指道岔軌底部，軌底中心201是指軌底2的中心部位；軌腰3是指連接道岔軌的軌頭1與軌底2的部分。對此本領域技術人員均熟知，在此不再進行詳細的描述。
[0023]根據本發明的道岔軌的熱處理方法，為了進一步提高本發明的道岔軌的性能，例如為了提高按照本發明的熱處理方法得到的道岔軌的平直度，優選道岔軌的軌頭工作側與道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度差為0.l-rc/S，其中，在前述道岔軌的軌頭工作側與道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度差范圍內，在具體實施過程中，為了獲得具有優異性能的全珠光體組織的道岔軌，具體選用的加速冷卻速度差可以依據所處理的鋼種的特性以及軌頭非工作側實際采用的加速冷卻速度進行調整。
[0024]根據本發明的道岔軌的熱處理方法，只要保證道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度高于道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度，優選道岔軌的軌頭工作側與道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度差為ο.ι-re /s，即可實現本發明的目的，即可以使得按照本發明的熱處理方法得到的道岔軌具有良好的平直度，且得到的道岔軌的軌頭工作側的硬度比軌頭非工作側的硬度高，軌頭工作側的抗拉強度比軌頭非工作側的抗拉強度高，由此可以使得得到的道岔軌更加適合于具體應用。根據本發明的一種優選的實施方式，優選所述道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度為1.1-60C /S，所述道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度為1-5°C /s。采用前述加速冷卻速度進行軌頭工作側的加速冷卻以及軌頭非工作側的加速冷卻，可以使得按照本發明的熱處理方法得到的道岔軌具有優異的性能。
[0025]根據本發明的熱處理方法，所述道岔軌的軌頭踏面以及軌底中心的加速冷卻速度均可以為本領域的常規選擇，針對本發明，優選道岔軌的軌頭踏面的加速冷卻速度為1-50C /s，道岔軌的軌底中心的加速冷卻速度為1-5°C /s。
[0026]根據本發明的熱處理方法，優選道岔軌的軌頭踏面的加速冷卻速度為1_5°C /S，道岔軌的軌底中心的加速冷卻速度為1_5°C /s，所述道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度為1-5°C /s的原因在于:
[0027]本發明的發明人在研究過程中發現，按照本發明的方法進行道岔軌的熱處理，當冷卻速度< 1°C /s時，在冷卻初期，道岔軌表層溫度明顯降低，持續一定時間后，由于心部熱量的補充，表層溫度不再降低，甚至升高，導致加速冷卻的效果不明顯；而當冷卻速度>
5.(TC /s時，道岔軌的軌頭表層及表層下方一定深度內冷速過快，易于產生貝氏體、馬氏體等異常組織，增加道岔在服役過程中受車輪往復應力作用發生脆斷的風險。
[0028]根據本發明的熱處理方法，為了使得按照本發明的熱處理方法處理得到的道岔軌為全珠光體組織，優選當軌頭踏面溫度降低至400-55(TC時，停止加速冷卻，并將所述道岔軌直接進行空冷至室溫。
[0029]根據本發明的熱處理方法，優選當軌頭踏面溫度降低至400-550°C時，停止加速冷卻，并將所述道岔軌直接進行空冷至室溫的原因在于:
[0030]本發明的發明人在研究過程中發現，為確保道岔軌軌頭的心部能夠獲得更優異的性能，要求心部盡可能在更大的過冷度下完成相變，而一般來說，在實際生產中，軌頭心部的溫度難以用物理手段監控，需通過對道岔軌表面溫度監控并經換算后獲得，而本發明的發明人在研究過程中發現，當軌頭踏面的加速冷卻的終冷溫度> 550°C時，軌頭心部的溫度將高于600°C，而該溫度為鋼軌已發生相變或部分發生相變的溫度，即相變未完成，如此時停止加速冷卻，則來自道岔軌軌腰部位的熱量迅速向其擴散，導致溫度升高，相變冷速降低，最終得到道岔軌的綜合性能相對偏低，而當加速終冷溫度< 400°C時，此時，軌頭全斷面及軌底中心的相變已全部完成，繼續施加強制冷卻已無顯著意義，因此，加速冷卻的終冷溫度設定為400-550°C。
[0031 ] 本發明中，溫度采用紅外測溫儀測得。
[0032]根據本發明的熱處理方法，一般可以通過向所述需加速冷卻的部位噴吹加速冷卻介質實現所述道岔軌的加速冷卻，例如對所述軌頭踏面、軌頭工作側、軌頭非工作側及軌底中心進行加速冷卻時，對所述軌頭踏面、軌頭工作側、軌頭非工作側及軌底中心分別噴吹加速冷卻介質控制各個部位的加速冷卻速度即可實現。對此，本領域技術人員均能知悉，在此不再詳細描述。
[0033]本發明中，進行所述加速冷卻使用的冷卻介質可以為本領域的常規選擇，例如可以為水霧混合氣或壓縮空氣。
[0034]根據本發明的熱處理方法，本發明所述的熱處理方法可以適用于珠光體系列各種化學組成的道岔軌的熱處理，本發明對此無特殊要求，在此不再進行詳細描述。
[0035]本發明中，所述待處理的軌頭踏面溫度為900-650°C的道岔軌可以按照現有技術的各種方法制備得到，例如一般可以按如下步驟制備得到:
[0036]采用轉爐或電爐冶煉道岔軌鋼水，經LF爐精煉、RH或VD真空處理后連鑄為一定斷面尺寸的鋼坯，然后送至加熱爐中加熱，一般加熱溫度為1200-1300°C，保溫時間為3-8h，然后采用孔型法或萬能法將鋼坯軋制為所需斷面的道岔軌，一般軋制完成后，道岔軌的表層(包括道岔軌軌頭踏面)溫度約為900-1000°C;為了獲得本發明所述的待處理的軌頭踏面溫度為650-900°C的道岔軌，可以將道岔軌直立于輥道或臺架上，在空氣中靜置空冷得到。對此，本發明沒有特殊要求，在此不進行詳細描述。
[0037]本發明提供了按照本發明的熱處理方法得到的道岔軌，所述道岔軌為全珠光體組織，且該道岔軌的軌頭工作側的硬度比軌頭非工作側的硬度高，優選高1-3HRC ;且該道岔軌的軌頭工作側的抗拉強度比軌頭非工作側的抗拉強度高，優選高20MPa以上，更優選高20-50MPa。
[0038]根據本發明的一種優選的實施方式，按照本發明的熱處理方法處理道岔軌，當使用的所述待處理的軌頭踏面溫度為900-650°C的道岔軌含有C0.7-0.8重量％，Si 0.3-0.9重量 ％，Mn 0.8-1.2 重量 ％，P 0.005-0.015 重量 ％，S 0.005-0.015 重量 ％，Cr 和 / 或 Nb 0.03-0.8重量％時，得到的所述道岔軌的軌頭工作側102的Rp0.2為710-845MPa，Rm為 1130-1370MPa，A 為 10.5-13.5%，Z 為 22-28% ;軌頭非工作側 103 的Rp0.2 為 680_830MPa，Rm 為 1100-1340MPa, A 為 11-14%，Z 為 22-27%。
[0039]本發明中，Rp0.2指的是屈服強度，Rm指的是抗拉強度，A指的是延伸率，Z指的是斷面收縮率。
[0040]根據本發明的道岔軌同時具有良好的平直度，使用過程中滾動接觸疲勞性能和耐磨損性能良好，非常適用于對抗接觸疲勞傷損和耐磨損性能較高的普通客貨混運和重載鐵路。本發明中，通常具有良好的平直度是指在道岔軌的整個長度方向都具有良好的平直度。[0041 ] 下面將結合實施例來具體描述本發明，但本發明的范圍不局限于此。
[0042]實施例1-8
[0043](I)采用轉爐冶煉含有不同化學成分組成的道岔軌鋼水，經LF爐精煉、真空處理后連鑄為280mmX380mm的連鑄坯，然后送至加熱爐中加熱，加熱溫度1270°C，加熱時間為3h，得到鋼軌，然后采用萬能軋機將鋼軌軋制為60AT斷面道岔軌，其軌頭踏面的溫度為1270°C，得到以下表1中8種化學成分組成的道岔軌；
[0044](2)將每個道岔軌直立于輥道上，在空氣中靜置空冷，當軌頭踏面的溫度降低至降至表2中加速冷卻開冷溫度時，按照本發明的熱處理方法對道岔軌進行加速冷卻(其中，軌頭踏面、軌頭工作側、軌頭非工作側及軌底中心的加速冷卻速度見表2，表2中將加速冷卻速度稱為冷速)，當軌頭踏面溫度降至表2中加速冷卻終冷溫度時停止對道岔軌進行加速冷卻，并將所述道岔靜置軌直接進行空冷至室溫，得到道岔軌，對道岔軌進行性能測試(表4與表5列出了實施例1-8的部分力學性能測試結果(包括拉伸性能，沖擊性能，以及軌頭斷面硬度/HRC)，其中:
[0045]本發明中，軌頭斷面硬度為按照現行技術中對道岔鋼軌軌頭斷面硬度測試的方法測定得到，如圖2所示，沿著虛線方向每隔5mm對道岔鋼軌軌頭橫斷面進行硬度測試，在本發明中，只選取了圖1中A1、B1、C1、D1、E1、A6、B6、C6、D4、E4共計10點進行測試分析，其中，Al、B1、Cl、Dl、El至軌頭表面的距離為5mm, A6、B6、C6至軌頭表面的距離為30mm, D4、E4至軌頭表面的距離為20mm，并對軌頭工作側的拉伸性能和沖擊性能進行了測試。
[0046]表1
[0047]
【權利要求】
1.一種道岔軌的熱處理方法，其特征在于，該方法包括:將待處理的軌頭踏面溫度為650-9000C的道岔軌進行加速冷卻以得到全珠光體組織的道岔軌，其中，道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度高于道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度。
2.根據權利要求1所述的熱處理方法，其中，道岔軌的軌頭工作側與道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度差為ο.1-1.C /s。
3.根據權利要求1或2所述的熱處理方法，其中，所述道岔軌的軌頭工作側的加速冷卻速度為1.1-60C /S，所述道岔軌的軌頭非工作側的加速冷卻速度為l-5°c /S。
4.根據權利要求1或2所述的熱處理方法，其中，道岔軌的軌頭踏面的加速冷卻速度為1-5.C /s，道岔軌的軌底中心的加速冷卻速度為1-5°C /s。
5.根據權利要求1或2所述的熱處理方法，其中，當軌頭踏面溫度降低至400-550°C時，停止加速冷卻，并將所述道岔軌直接進行空冷至室溫。
6.權利要求1-5中任意一項所述的熱處理方法得到的道岔軌。
【文檔編號】E01B7/00GK103898303SQ201210590752
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】鄒明, 韓振宇, 梅東生, 鄧勇, 郭華, 徐權, 王春建 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司, 攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司