一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺，其生产工艺为：铁水预处理

【技术实现步骤摘要】
一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺


[0001]本专利技术涉及钢轨热处理领域，尤其涉及一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺。

技术介绍

[0002]随着铁路重载运输技术的进步，我国铁路重载运输能力在不断提高，重载货车轴重在逐步提高，重载铁路具有轴重大、运量大、发车密度高等特点，例如2021年太原局大秦线通货量达5.5亿吨/年。重载铁路用钢轨的迅猛发展，对钢厂的钢轨材料强韧性、耐磨性和抗疲劳性能提出了更苛刻的要求。目前普遍使用的珠光体钢轨，由于其成分和组织结构的特点其强韧性基本发挥到极限，且冲击韧性、断裂韧性也较低，已无法完全满足重载铁路服役要求。在以上的背景下，促进了适合重载运输铁路钢轨的开发，贝氏体钢轨具有良好的强度、塑性、冲击韧性、耐磨性、耐滚动接触疲劳性能，且贝氏体钢轨具有更优的焊接性，非常适合重载铁路道岔及正线铺设。
[0003]为了满足重载铁路用钢轨高强韧性、高耐磨性和优良的抗疲劳性，贝氏体钢轨采用在线控冷工艺来生产，在线控冷使钢轨组织比例发生改变，提高了马氏体的比例和下贝氏体的转变，且进一步细化组织片间距，从而体现出钢轨各项力学性能指标明显提升。
[0004]贝氏体钢轨在线热处理后，在组织转变中会产生较高的组织应力，同时由于在线热处理态钢轨屈服强度较高，钢轨在矫直过程中矫直压力相应的提高，从而导致钢轨附加的矫直应力较高，组织应力和矫直应力的叠加，使钢轨产生较高的宏观和微区的残余应力。且百米钢轨生产过程中，通长残余应力存在不均匀、波动较大的情况，导致上线钢轨局部会出现较高的残余应力，残余应力过高。在列车通过时，轮轨接触应力、动弯应力、轮轨作用力与残余应力叠加后，势必会使钢轨内部承受较高的应力作用，当内部存在很小的夹杂物时，即在此处产生应力集中，萌生疲劳裂纹并形成轨头内部核伤，严重影响钢轨使用及服役。
[0005]目前，针对贝氏体钢轨在线热处理工艺，并没有针对贝氏体钢轨生产过程中平直度的控制、矫直附加应力控制及残余应力控制进行的研究和专利技术，且所有研究和专利技术均未对钢轨轨头残余应力进行说明，钢轨实际服役过程中，钢轨轨头的残余应力和服役状态才是重点。所以，合理的在线控冷工艺和回火工艺，在提高贝氏体钢轨综合力学性能前提下，进一步降低钢轨残余应力，特别是轨头残余应力，从而有效的提高钢轨服役性能。
[0006]公开号为CN106755900B的专利，提供了一种高强高韧贝氏体钢轨及其在线控冷工艺，该专利在线控冷分为三阶段将钢轨冷却至180～210℃，该专利对抗拉强度、踏面硬度、室温冲击、延伸率提供了具体数据，并未对钢轨残余应力指标给出明确的说明，且未体现出是否为百米钢轨热处理工艺，且没有对钢轨进行回火处理，相变产生的马氏体比较脆，不利于钢轨的服役性能改善。从钢轨实际应用结果来看，贝氏体钢轨回火处理是必不可少的步骤，且钢轨残余应力直接影响钢轨服役状态，特别是轨头残余应力和百米钢轨残余应力稳定性和波动性。
[0007]公开号为CN 102534403A的专利，提供了一种贝氏体热处理钢轨及其热处理方法，
该专利在线热处理钢轨轧制成形以后以0.4
‑
8℃/s的冷速加速冷却至200℃，然后空冷至室温。所得到的钢轨硬度在340
‑
350HB之间，室温冲击在81
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87J之间，钢轨硬度、韧性均较低，不满足重载铁路应用的要求，且未对钢轨进行回火处理，不利于组织的、残余应力和钢轨服役的稳定性，并且未对生产后的钢轨通长性能和残余应力提出具体的波动性指标和稳定性。
[0008]公开号为CN105385938B的专利，提供了一种合金体系及其贝氏体钢轨的热处理方法以及贝氏体钢轨，该专利为正火+调整处理+淬火+回火的热处理工艺路线，将钢轨加热到900
‑
940℃，保温时间＞7h；水冷直接淬火至320
‑
350℃之间，等温相变处理，保温时间＞5h。由于需要将钢轨再进行重新奥氏体化和正火处理，没有采用钢轨在线余热热处理，增加过高的能耗，不利于节能减排。对钢轨进行大于5h以上的320
‑
350℃等温相变处理，不利于钢轨实际生产，且国内外钢轨生产厂，并没有百米钢轨热处理后对其进行保温、等温处理的设备，该热处理工艺无法进行百米钢轨生产和应用，只能应用于短尺钢轨的生产，严重制约贝氏体钢轨在正线的应用。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺，通过控制百米钢轨不同位置入热处理线温度、不同温度阶段的冷却速度、返温温度，使在线热处理贝氏体钢轨强度、硬度、韧性满足要求的前提下，百米钢轨具有更优良平直度，并结合矫直工艺和回火工艺，使百米钢轨不同位置处的轨头、轨底残余应力均≤250MPa，百米钢轨通长残余应力波动范围≤20MPa。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]本专利技术一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺，贝氏体钢轨材料生产工艺为：铁水预处理
→
复吹转炉冶炼
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LF精炼
→
VD真空脱气
→
大方坯连铸
→
钢坯缓冷
→
钢坯加热
→
百米钢轨轧制
→
百米在线热处理
→
百米冷床冷却
→
复合矫直
→
探伤
→
加工、检查
→
百米回火；其中：
[0012]大方坯轧制工艺路线：大方坯280mm
×
380mm断面铸坯加热
→
高压水除鳞
→
BD1粗轧机开坯
→
BD2粗轧机轧制
→
高压水除鳞
→
CCS精轧机轧制；
[0013]钢轨经CCS高精度轧制后，终轧温度在930～980℃之间，钢轨轨头以1.0～2.0℃/s的冷速，空冷到710～780℃；
[0014]百米钢轨进入在线热处理机组前，百米钢轨通长A
‑
E轨温度逐渐降低，百米钢轨前端(A轨)温度在780～800℃之间，后端(E轨)温度在690～710℃之间，百米钢轨前后端温度差在90～100℃左右；
[0015]为进一步使百米在线热处理态钢轨通长性能稳定，且具有更优良平直度，更加均匀的通长残余应力，使用在线感应加热补偿设备对百米钢轨B
‑
E轨进行热补偿，保证百米钢轨通长温度均在780～800℃之间；
[0016]百米钢轨B
‑
E轨进行热补偿后，通长温度在780～800℃之间，此时百米钢轨进入在线热处理生产线，钢轨在线热处理辊速控制在0.5～1.0m/s；
[0017]使用19组以上的风机组进行在线钢轨控制冷却，对轨头踏面、轨头侧面和轨底进行喷风处理，在线控制冷却风压控制在15～28KPa，风冷段控制时间为200～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺，其特征在于：贝氏体钢轨材料生产工艺为：铁水预处理
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复吹转炉冶炼
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LF精炼
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VD真空脱气
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大方坯连铸
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钢坯缓冷
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钢坯加热
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百米钢轨轧制
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百米在线热处理
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百米冷床冷却
→
复合矫直
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探伤
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加工、检查
→
百米回火；其中：大方坯轧制工艺路线：大方坯280mm
×
380mm断面铸坯加热
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高压水除鳞
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BD1粗轧机开坯
→
BD2粗轧机轧制
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高压水除鳞
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CCS精轧机轧制；钢轨经CCS高精度轧制后，终轧温度在930～980℃之间，钢轨轨头以1.0～2.0℃/s的冷速，空冷到710～780℃；百米钢轨进入在线热处理机组前，百米钢轨通长A
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E轨温度逐渐降低，百米钢轨前端温度在780～800℃之间，后端温度在690～710℃之间，百米钢轨前后端温度差在90～100℃左右；为进一步使百米在线热处理态钢轨通长性能稳定，且具有更优良平直度，更加均匀的通长残余应力，使用在线感应加热补偿设备对百米钢轨B
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E轨进行热补偿，保证百米钢轨通长温度均在780～800℃之间；百米钢轨B
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E轨进行热补偿后，通长温度在780～800℃之...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤明，梁正伟，何建中，李智丽，刘岩军，王婷，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：