用于轨道的热处理的方法和系统技术方案

一种对热轨道进行热处理以获得具有增强机械性能的期望显微结构的方法。该方法包括主动冷却阶段，其中，将轨道从奥氏体温度快速冷却，并且随后被软冷却，以维持在限定值之间的目标相变温度，通过多个冷却模块(12.n)执行冷却处理，每个冷却模块包括将冷却介质喷射在轨道上的多个装置，该处理特征在于，在主动冷却阶段期间，驱动每个冷却装置，以对轨道的冷却速率进行控制，使得轨道内相变的奥氏体的量在轨道表面不低于50％并且在轨头芯部不低于20％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种对热轨道进行热处理以获得具有增强机械性能的期望显微结构的方法。该方法包括主动冷却阶段，其中，将轨道从奥氏体温度快速冷却，并且随后被软冷却，以维持在限定值之间的目标相变温度，通过多个冷却模块(12.n)执行冷却处理，每个冷却模块包括将冷却介质喷射在轨道上的多个装置，该处理特征在于，在主动冷却阶段期间，驱动每个冷却装置，以对轨道的冷却速率进行控制，使得轨道内相变的奥氏体的量在轨道表面不低于50％并且在轨头芯部不低于20％。【专利说明】用于轨道的热处理的方法和系统
本专利技术涉及轨道的受控热处理并且涉及实现该方法的灵活冷却系统。该处理被设计成用于在整个轨道截面中充分获得以高强度、高硬度以及良好的韧性为特征的高性能贝氏体显微结构(bainite microstructure)，还用于在轨道截面的选定部分或在整个轨道截面中充分获得珠光体细显微结构。
技术介绍
如今，就由于车轮与轨道之间的滚压/滑动而产生的材料损耗而言，列车的速度和重量的迅速上升不可避免地迫使要提高轨道磨损率，因此需要增大硬度以减小磨损。 一般地，通过以下一系列的热机械处理获得钢轨就几何轮廓和机械性能而言的最终特征:热轨道轧制处理，随后的热处理和矫直步骤。 热轧制处理根据所设计的几何形状铣出最终产品的轮廓并且为后续处理提供预先需要的金相显微结构。特别地，这个步骤允许通过后续处理获得能够保证所要求的高水平机械性能的细显微结构。 目前，在两种类型的设备一一可逆式扎机和连续式轧机一一中执行的两种主要的热轧制处理可供使用。可以认为通过这两种热轧制处理生产的轨道的最终性能非常相似并且具有可比性。事实上，通常通过这两种类型的设备获得工业级的贝氏体轨道、珠光体轨道以及过共析体轨道(hypereutectoidic rail)。 热处理的情况是不同的。目前，用于对轨道进行冷却的方式主要有两种:空气或水。水通常用作在罐中或采用喷嘴喷射的液体。空气通常通过喷嘴压缩。这些布置都不允许用相同的设备生产所有的轨道显微结构。 尤其，符合生产珠光体轨道的热处理设备不能生产贝氏体轨道。 此外，现有的冷却解决方案不够灵活，因此，不能以差异化的方式(轨头、轨腰、轨底)对整个轨道截面或部分轨道截面进行处理。 此外，在用于轨道的热处理的所有现有的工业装置中，大部分奥氏体的相变(transformat1n)发生在冷却装置本身的外部，这意味着处理是不受控制的。尤其，不能控制由于显微结构的相变而引起轨道温度的增加。在这些处理中，奥氏体相变发生的温度不同于最佳温度，所以最终机械特征低于通过更细且更均匀的显微结构有可能获得的机械特征。这在必须在整个轨道截面(轨头、轨腰和轨底)中获得贝氏体显微结构的贝氏体轨道的情况下可能尤其如此。 此外，由于轨道沿着长度的实际热剖面，所以非受控热处理可以使显微结构沿着长度也表现出不均匀性。 文献US 7854883公开了一种用于对轨道进行冷却的系统，其中仅能获得细珠光体显微结构。根据这个文献，在轨道中创建细珠光体显微结构以增加轨道硬度。然而，虽然细珠光体显微结构意味着高硬度级，但是存在产品的延伸性(elongat1n)和韧性(toughness)的劣化。延伸性和韧性也是轨道应用的重要机械性能；事实上，延伸性和韧性都涉及材料的延展性(ductility)，是轨道材料抗裂纹生长现象和破裂的基本性能。 最近的研宄还指出另一个特别且危险的现象:在珠光体材料中普遍由于特定的化学成分而影响轨道在服务期间的整体性。这个发现关系到尤其是由于在剧烈的加速和减速或表面机械研磨处理期间产生高温而在车轮与轨道之间的接触滑动区域中形成马氏体层--被称为白蚀层(WEL，White Etching Layer) ο由于WEL硬而脆的性能，通常认为WEL 是裂纹形成的位置，裂纹形成随之对导轨寿命产生负面影响。在贝氏体钢轨中形成的WEL具有低的硬度；因此，相对于基体材料的硬度存在更小的硬度差。其原因是马氏体层的硬度主要取决于C含量(碳含量越高，层的硬度越大)，并且贝氏体化学成分中的碳量低于珠光体显微结构中存在的碳量。根据一些研宄者的研宄，WEL被认为是产生滚压接触疲劳的原因之一。从对这些主题的研宄来看，贝氏体钢轨示出的裂纹形核是珠光体钢轨的裂纹形核的至少两倍。 相对于细珠光体显微结构，高性能的贝氏体显微结构在耐磨性和抗滚动接触疲劳性两方面有所改进。另外，高性能的贝氏体显微结构使得能够提高韧性和延伸性，保持大于细珠光体显微结构的硬度。 相较于细珠光体显微结构，高性能的贝氏体显微结构在下述现象中显示出更好的表现:短距波纹和长距波纹、剥落、侧向塑性流动以及轨头裂纹。这些典型的轨道缺陷被列车加速和减速(例如地铁线)放大或在小半径曲线内放大。 此外，相较于最佳热处理的珠光体钢轨，贝氏体钢还示出了屈服强度与极限拉伸强度之间较高的比率值、较高的拉伸强度值和较高的断裂韧性值。 因此，需要有一种能够获得具有良好的硬度但其他的重要机械性能如例如延伸性和韧性却没有劣化的轨道的新的热处理方法和系统。以此方式，轨道对磨损和滚动接触疲劳的抗性将得到改进并且降低裂纹扩展。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是提供这种处理和装置。 本专利技术的伴生目的是提供一种允许在轨道中形成高性能的贝氏体显微结构的热处理工艺。 本专利技术的另一目的是提供一种允许在相同的设备中生产具有细珠光体显微结构的轨道的处理和系统。 根据本专利技术的一方面，由于一种对热轨道进行热处理以获得具有增强机械性能的期望显微结构的方法而实现了这个目的。该方法包括主动冷却阶段，其中，将轨道从奥氏体温度快速冷却，并且随后软冷却，以维持在限定值之间的目标相变温度，通过多个冷却模块(12.η)执行冷却处理，每个冷却模块包括将冷却介质喷射在轨道上的多个装置，在主动冷却阶段期间，为每个冷却模块设置多个冷却部(cooling sect1n)，当轨道处于热处理系统内时，每个部位于横截该轨道的平面中，并且每个部至少包括: -位于轨道的轨头之上的一个冷却装置， -位于轨道的轨头的每一侧的两个冷却装置，以及 -位于轨道的轨底之下的一个冷却装置， 并且特征在于，驱动每个冷却装置，以对轨道的冷却速率进行控制，使得轨道内相变的奥氏体的量在轨道表面不低于50%并且在轨头芯部不低于20%。 根据单独采用或组合采用的本专利技术的其他特征: -驱动每个冷却装置，以对轨道的冷却速率进行控制，使得奥氏体相变成高性能的贝氏体或相变成细珠光体。 -在对轨道进行热处理之前: -向模型提供关于轨道的多个参数以进行处理； -向所述模型提供限定轨道的期望最终机械性能的值； -计算驱动冷却装置的控制参数，以获得冷却速率，使得轨道在经过每个冷却模块之后获得预定温度； -应用所计算的所述参数来驱动冷却模块的冷却装置。 -该方法还包括: ?在每个冷却模块的上游对轨道的表面温度进行测量并且将这些温度与由模型计算的温度进行比较； 籲如果所计算的温度与所测量的温度之间的差大于预定值，则对冷却装置的驱动参数进行修改。 -冷却介质是由围绕轨道的截面的冷却装置雾化的空气和水的混合物，被雾化的空气的量和水的量被独立地控制。 -进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对热轨道进行热处理以获得具有增强机械性能的期望显微结构的方法，所述方法包括主动冷却阶段，其中，将所述轨道从奥氏体温度快速冷却，并且随后软冷却，以维持在限定值之间的目标相变温度，通过多个冷却模块(12.n)执行冷却处理，每个冷却模块包括将冷却介质喷射在所述轨道上的多个装置，所述处理特征在于所述处理包括：‑为每个冷却模块设置多个冷却部，当所述轨道处于热处理系统内时，每个所述部位于横截所述轨道的平面中，每个所述部至少包括：‑位于所述轨道的轨头之上的一个冷却装置(N1)，‑位于所述轨道的轨头的每一侧的两个冷却装置(N2，N3)，以及‑位于所述轨道的轨底之下的一个冷却装置(N6)，在所述主动冷却阶段期间，驱动每个冷却装置，以对所述轨道的冷却速率进行控制，使得所述轨道内相变的奥氏体的量在轨道表面不低于50％并且在轨头芯部不低于20％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔贝托·吉瓦奇诺·拉伊纳蒂，路易吉·朗格尔洛托，安德烈亚·马扎拉诺，费德里科·佩戈林，阿莱西奥·萨科奇，奥古斯托·休卡蒂，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT