钢轨的热处理方法技术

包括轨头、轨腰和轨底的钢轨的热处理方法，包括：钢轨的每个截面连续地或同时地在高于钢的冶金加热变压终止时的温度被预热，以便同时地或连续地在钢轨的每个截面内的钢均匀地有同质的奥氏体结构；钢轨每个截面的相应于轨头的部分连续地或同时地被过热，以便钢轨的每个截面的上述部分的平均温度比钢轨相同截面的相应于轨底的部分的平均温度至少高４０℃；钢轨的每个截面连续地或同时地在低于冷却变态终止时的温度被冷却，以便得到遍及钢轨截面的精细的珠光体结构；随意地允许钢轨的每个截面同时地或连续地冷却至周围环境的温度。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用高碳或低合金钢制成的铁路轨道的制造。铁路轨道是一种长的轧制的钢产品，其外貌有火车轮子在其上面滚动的轨头，有预定用枕木将铁轨固定在地基上的轨底，有连结轨头和轨底的轨腰。轨头应该很硬，以便经受由于与车轮接触产生的磨损；轨腰和轨底应有充分的机械强度，以便确保恰当地支承轨头；此组合体至少在铺设前应是直的，以便确保好的运行质量。钢轨一般承受剩余的内部应力，内应力的分布对于脆性断裂方面的安全是非常重要的。钢轨有几个等级，尤其是以轨头的表面硬度、以轨腰和轨底的机械特性和以剩余内应力的分布相区分。这些不同要求的质量都要满足预定运载重量各异和速度各异的火车的轨道的生产条件。为了制造预定运载重载火车或快速火车的钢轨，使用高碳、任选低合金、共析钢等材料，其化学组分按重量如国际铁路联盟标准860-0确定的包括，高达0.82％的碳，1.70％的锰，0.9％的硅，1.3％的铬，任选的细晶化元素，含量是铁和由生产引起的杂质。通过轧制半成品，接着部分或全部热处理，非必须地校直制成了铁轨。热处理预定至少给轨头一个很硬的精细的珠光体结构。按照最初的工艺，在轧制和冷却后，通过加热到大约900℃和然后用吹风或喷水冷却的办法，使轨头局部奥氏体化。此工艺有两重缺点，在变态点AC1和AC3间的加热区中产生弱区，最重要的是引起很大的轨道形变，这就需要进行产生剩余应力的校直，此应力对钢轨使用性能方面是非常不利的。为了克服这些缺点，已经有人提出，特别是在法国专利申请书No.2,603,306中，通过同时部分热处理轨底来补充轨头的热处理，以便轨底热处理产生的形变平衡轨头热处理产生的形变。这样就不再需要校直钢轨。然而，在此工艺中，轨腰没被处理，这样一方面轨腰与轨头的连接区，另一方面轨腰与轨底的连接区都因在变态点AC1和AC3间需要加热软化金属但未加热而变脆。按照在法国专利No.2,109,121中叙述的另一工艺，通过或者在利用延迟加热的均匀奥氏体化后加速冷却，或者直接在轧制过程中使用的热量中加速冷却贯穿其整个厚度处理钢轨，从而得到很硬的精细的珠光体结构。这样得到的铁轨有均匀的结构并且在轨腰或在轨腰与轨头或轨底间的连接处没有弱区。然而在应用这一工艺过程中发现钢轨由于热处理而形变，尽管这是均匀的并为此事先平衡过，但还需要完成校直。校直产生的剩余应力减弱了钢轨的轨腰。因为这些应力趋向于打开这些裂纹，所以因过度校直产生的剩余应力由于助长纵向裂纹的扩展而减弱了轨腰。为了评价钢轨轨腰对裂纹扩展的敏感性，进行一个在铁轨一端用锯切开一个切口并测量此切口边缘的间隔的试验。当切口边缘的间隔大于锯切口的厚度时，剩余应力倾向于促进裂纹的扩展，反之，剩余应力阻止裂纹的扩展甚至阻止裂纹的产生。本专利技术的目的是通过提供一个用共析碳或低合金钢制作钢轨的制造工艺克服这些缺点，此工艺导致遍及整个钢轨截面的精细的珠光体结构和倾向于阻止钢轨轨腰中纵向裂纹扩展的剩余应力分布。为此，本专利技术的主题是钢轨热处理工艺，钢轨属于包括轨头、轨腰和轨底的那种类型，根据该方法-在高于制造钢轨的钢的冶金加热变态终止时的温度，连续地或同时地预热钢轨的每个截面，以便同时地或连续地在钢轨的每个截面中都均匀地具有同质的奥氏体结构；-钢轨每个截面的相应于轨头的部分被连续地或同时地过热，结果钢轨每个截面的上述部分的平均温度比钢轨相同截面的相应于轨底的部分的平均温度至少高40℃，始终不超过1050℃，最好是1000℃；-钢轨的每个截面连续地或同时地被冷却至冷却变态终止时的温度以下，以便得到遍及整个钢轨截面的精细的珠光体结构；-钢轨的每个截面允许随意地同时或连续地冷却至周围环境的温度。最好，在预热终止时，在钢轨每个截面上的每一点的温度比AC3高+100℃，AC3是制造钢轨的钢的慢速率加热变态温度。在额外加热终止时，钢轨每个截面的相应于轨头的部分的平均温度比钢轨每个相同截面的相应于轨底的部分的平均温度至少高80℃。钢轨的每个截面的预热最好是至少持续四分钟。预热可以包括交替连续的局部和均匀化预热，以便在预热终止时在钢轨的每个截面内得到最可能的均匀的温度分布。在冷却过程中，最好是钢轨的表皮冷却速率在降至700℃过程中小于10℃/秒，并非必须地，钢轨的轨腰和轨底的表皮冷却速率在降至700℃过程中小于5℃/秒。在冷却终止时钢轨轨头的表皮温度最好小于或等于400℃。钢轨的热处理可以通过将钢轨相继经过一个预热装置、一个过热装置和一个冷却装置而被连续地完成。预热装置可以是一个在频率大于或等于2000赫兹下运行的感应加热装置，并且它可包含多个被均衡区域分隔的加热区。过热装置可以是一个最好在频率大于或等于1000赫兹下运行的感应加热装置。冷却装置可至少由两个，最好由多个平行于钢轨的管子组成，这些管子装有多个能吹空气或喷雾的喷嘴，对于这些喷嘴是能相互独立或成组控制的。现在参看附图详细但无任何限制地叙述本专利技术，其中，-附图说明图1以透视方式表示一个通过热处理设备移动的钢轨，-图2表示在热处理过程中在钢轨截面的各点上作为时间函数的温度变化的例子。通过热轧共析碳或低合金钢半成品(其如在国际铁路联盟标准860-0中确定的化学组按重量包括高达0.82％的碳，1.70％的锰，0.9％的硅，1.3％的铬，随意地晶粒细化的元素，余量是铁和生产中产生的杂质)而得到的钢轨1包括轨头2，轨腰3和轨底4。轧制后，钢轨1冷却至周围环境温度，然后热处理赋予它最终的加工特性。例如，将钢轨通过图1中5表示的连续热处理设备类型的连续热处理设备完成热处理。热处理的目的是主要在轨头但也遍及钢轨整个厚度赋予钢轨一个很硬的精细的珠光体结构。热处理的另一个目的是在钢轨内产生阻止轨腰上纵向裂纹扩展的剩余应力。热处理设备5包括，特别在入口和出口处的导向辊6，和连续地以这样顺序排列的用于预热钢轨1整个截面的装置7，用于补充加热轨头2的装置8，和用于加速冷却钢轨1整个截面的装置9。预热装置7包括至少一个频率最好大于或等于2000赫兹的交流电供电的感应加热线圈10，随其后是自由空间11。这样加热装置包括交替相继的相应于线圈10的加热区和相应于自由空间11的均衡区。线圈连到本来已知因此未表示出的电源装置上；依照工艺规程冷水流可以通过线圈。补充加热装置8包括一个在钢轨上纵向延伸并以本来已知的方式用交流电供电的U形感应器12，交流电的频率最好大于或等于1000赫兹。感应器12的前后设有导向辊13。加速冷却装置9包括在钢轨轨头的移动线上纵向延伸的至少一个上管14，和在钢轨轨底的移动线下纵向延伸的下管15，以及最好在钢轨轨腰的移动线的任一侧纵向延伸的多个管16。每一管14、15、16装有多个能吹空气或喷雾的喷嘴17。喷嘴可以相互独立地或成组地控制，以便使其能独立调节在轨头、轨腰和轨底上冷却的强度和持续时间。为了完成钢轨1的热处理，钢轨沿箭头的方向通过热处理装置5移动，以及钢轨的每个截面，包括轨头的有关部分、轨腰的有关部分和轨底的有关部分连续通过预热装置7、补充加热装置8和加速冷却装置9。在通过热处理装置5期间，钢轨的每个截面经受一个图2所示类型的横座标是时间纵座标是温度的热处理周期。在此图中，曲线100表示轨底和轨腰的表皮热处理周期，曲线101表示位于轨底或轨腰核心上各点的热处理周本文档来自技高网...

【技术保护点】
对一种包括轨头（２）、轨腰（３）和轨底（４）的钢轨（１）的热处理方法，其特征是：－钢轨（１）的每个截面连续地或同时地在高于制造钢轨的钢材的冶金加热变态终止时的温度上被热处理，以便同时地或连续地在钢轨（１）每个截面上的钢均匀地有同质的奥氏 体结构；－每个截面的钢轨（１）相应于轨头（２）的部分连续地或同时地被过热，以便钢轨（１）的每个截面的上述部分的平均温度比钢轨（１）相同截面的相应于轨底（４）的部分的平均温度至少高４０℃，但不超过１０５０℃最好是１０００℃；－钢轨（１ ）的每个截面连续地或同时地在低于制造钢轨的钢的冷却变态终止时的温度被冷却，以便得到遍及钢轨（１）截面的精细的珠光体结构；随意地允许钢轨（１）的每个截面同时地或连续地冷却至周围环境温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：让吕克佩林，
申请(专利权)人：索格拉伊公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]