專利名稱：鋼軌熱處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于鋼軌的熱處理技術(shù)。
作為現(xiàn)有鋼軌熱處理技術(shù)，中國(guó)專利88105864.5詳細(xì)記敘了一種生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼軌的熱處理方法。該方法是先用工頻感應(yīng)整體預(yù)熱，再用中頻加熱鋼軌頭部到淬火溫度，然后用壓縮空氣冷卻，隨后噴霧冷卻(簡(jiǎn)稱“先風(fēng)后霧”淬火工藝)上述工藝存在如下不足①霧是水與空氣的混合物，易受空氣壓力，水流量波動(dòng)的影響，國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期實(shí)踐證明，噴霧冷卻時(shí)所存在的“喘氣”現(xiàn)象始終難于克服。上述原因?qū)?shì)必影響淬火工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品性能;②要控制鋼軌變形量在允許范圍內(nèi)，必須控制軌頭溫度高于軌底溫度在50～100℃范圍內(nèi)，這給操作者帶來(lái)一定的難度;③用壓縮空氣冷卻的噴風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)不太合理，致使高速噴出的氣流與鋼軌表面返回的氣流之間干擾嚴(yán)重，影響了冷卻效果，因此壓縮空氣耗量較大，達(dá)40～70m3/min。
本發(fā)明的目的是克服上述專利的缺點(diǎn)，即以穩(wěn)定的單一介質(zhì)的水來(lái)代替不穩(wěn)定的雙介質(zhì)的霧進(jìn)行淬火冷卻，簡(jiǎn)稱“先風(fēng)后水”淬火工藝。該工藝能保證熱處理工藝的穩(wěn)定性，產(chǎn)品質(zhì)量好。本發(fā)明的另一目的是，提供一種使高速噴出氣流與從鋼軌表面反射氣流之間互不干擾，壓縮空氣耗量低而冷卻效果好的噴風(fēng)裝置。
本發(fā)明所提供的一種生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼軌的熱處理方法，其步驟是先將鋼軌用工頻感應(yīng)加熱裝置整體預(yù)熱，使其以預(yù)定的加熱速度預(yù)熱到如下溫度軌頭560～650℃，軌底460～560℃。再用中頻感應(yīng)加熱裝置對(duì)其頭部加熱至預(yù)定的熱處理溫度，一般是860～1020℃(指軌頭表面溫度)，然后在自然環(huán)境下空冷到預(yù)定的溫度范圍，一般是790～720℃，以使鋼軌頭部溫度均勻，并有利于適當(dāng)加深硬化層和減少冷卻介質(zhì)耗量。隨后用配置在鋼軌頭部周?chē)膰婏L(fēng)裝置，以20～40m3/min的流量將壓縮空氣噴向鋼軌頭部，使其以2.5～15℃/s的冷卻速度冷卻到600～350℃。接著，用配置在鋼軌頭部周?chē)膰娝鋮s裝置，以0.55～0.85m3/h的流量將20～50℃的溫水噴向鋼軌頭部，使其以4.8～17.5℃/s的冷卻速度冷卻到500～250℃，從而保證鋼軌頭部表面向里至15～25mm范圍內(nèi)獲得硬度均勻下降的細(xì)珠光體組織，其維氏硬度為400～306(布氏硬度為390～300HB)。噴水冷卻后的軌頭溫度的確定，不僅要考慮所獲得的金相組織，還要考慮使軌頭與軌底間保持一定的溫差，其范圍是軌頭溫度低于軌底溫度0～75℃，或軌頭溫度高于軌底溫度0～45℃，以控制鋼軌經(jīng)熱處理后沿長(zhǎng)度方向的變形量小于100mm/25m。
在整個(gè)熱處理過(guò)程中，鋼軌相對(duì)于熱處理裝置單向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，其速度可達(dá)到1.0～1.8m/min。
所述的噴風(fēng)裝置，是由冷卻鋼軌軌頭踏面的噴頭和冷卻軌頭兩側(cè)面的噴頭組成。各噴頭內(nèi)有數(shù)十個(gè)呈梅花式布置的噴嘴，噴嘴中心線與噴頭表面的夾角α為79～45°，即噴嘴中心線與鋼軌縱向中心線間的夾角為11～45°，噴嘴內(nèi)徑為1～8mm。為了分別調(diào)節(jié)踏面和兩側(cè)面的冷卻速度，各噴頭分別與壓縮空氣源的控制閥相接。打開(kāi)控制閥，壓縮空氣從噴嘴高速噴向軌頭。由于高速氣流與鋼軌縱向軸線成一定夾角，使得噴出氣流順暢，能充分進(jìn)行熱交換，因此，壓縮空氣耗量減少到20～40m3/min。
采用本發(fā)明可達(dá)到如下效果①由于本發(fā)明所采用的是先風(fēng)冷后水冷，均是穩(wěn)定的單一介質(zhì)，操作者易于控制和調(diào)節(jié)。因此，工藝穩(wěn)定性好，可保證淬火質(zhì)量的均勻性。用該方法生產(chǎn)的鋼軌質(zhì)量與“先風(fēng)后霧”法相比，其性能指標(biāo)有所改善，詳見(jiàn)表1。
表1 60kg/m鋼軌熱處理后性能指標(biāo)對(duì)比
②采用本發(fā)明所述的噴風(fēng)裝置，消除了高速氣流間的干擾，改善了冷卻效果，因此壓縮空氣消耗量可節(jié)約20～50%。
③采用本發(fā)明所述的方法組織生產(chǎn)，允許軌頭與軌底間的溫差范圍較大，這給操作者帶來(lái)很大方便。
本發(fā)明可用于50、60、75kg/m等型號(hào)的各種材質(zhì)的鋼軌熱處理。


圖1為本發(fā)明所述方法的實(shí)例側(cè)視圖。
圖2噴風(fēng)裝置安裝示意圖。
圖3噴風(fēng)裝置側(cè)視圖。
圖4為60kg/m鋼軌熱處理后的橫截面上布氏硬度測(cè)量結(jié)果。
下面就本發(fā)明的要點(diǎn)結(jié)合附圖舉例，予以詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的實(shí)施例。送料輥1以1.0～1.8m/min的速度將鋼軌6連續(xù)單向地送入熱處理裝置中進(jìn)行熱處理。預(yù)熱裝置2為工頻感應(yīng)加熱器，它全罩在鋼軌上，利用所產(chǎn)生的感應(yīng)電流將鋼軌各部位分別預(yù)熱到460～650℃。加熱裝置3為中頻感應(yīng)器，它僅罩在鋼軌頭部，利用所產(chǎn)生的感應(yīng)電流將鋼軌頭部加熱到860～1020℃。然后，使鋼軌在自然環(huán)境溫度下空冷到790～720℃之間的適當(dāng)溫度，以達(dá)到鋼軌頭部溫度的進(jìn)一步均勻。噴風(fēng)冷卻裝置4，以20～40m3/min的流量將壓縮空氣噴向鋼軌頭部，使其以2.5～15℃/s的冷卻速度冷卻到600～350℃，再用配置在鋼軌頭部周?chē)膰娝鋮s裝置5，以0.55～0.85m3/h的流量將20～50℃的溫水噴向鋼軌頭部，使其以4.8～17.5℃/s的冷卻速度冷卻到500～250℃，并且使軌頭與軌底間保持一定的溫差，即軌頭溫度低于軌底溫度0～75℃;或軌頭溫度高于軌底溫度0～45℃。這樣，可使鋼軌熱處理后沿長(zhǎng)度方向的變形量小于100mm/25m。
在圖2中，噴風(fēng)裝置4由噴頭7和2個(gè)(或2組)噴頭8組成，噴頭7用于冷卻鋼軌踏面。噴頭8用于冷卻軌頭兩側(cè)。它們分別接至壓縮空氣源控制閥。各噴頭上有數(shù)十個(gè)噴嘴9(圖3)，噴嘴軸線與噴頭表面間的夾角α為79～45°，噴嘴內(nèi)徑為1～8mm，噴嘴9呈梅花式布置。
實(shí)施例60kg/m鋼軌其化學(xué)成分為0.75%C，0.20%Si，0.78%Mn，0.019%P，0.023%S，其余為鐵和微量元素。鋼軌在1.28m/min的移送速度下，用本發(fā)明進(jìn)行下列條件的熱處理先經(jīng)工頻感應(yīng)加熱裝置預(yù)熱，鋼軌頭部溫度580℃，軌底520℃;再用中頻感應(yīng)加熱裝置加熱軌頭踏面到900℃;隨后空冷到760℃;噴風(fēng)裝置用流量為32m3/min的壓縮空氣噴吹鋼軌頭部，使其以9.6℃/s的冷卻速度冷卻到510℃;再用流量為0.78m3/h的30℃溫水噴向鋼軌頭部，使其以10.5℃/s的冷卻速度冷卻到280℃，并使鋼軌頭部溫度比軌底溫度低10℃。鋼軌按此法熱處理后的機(jī)械性能為σb＝1301.7MPa，σ0.2＝890.3MPa，δ5＝14.1%，硬化層深度≥15mm，軌頭橫截面上各點(diǎn)布氏硬度值分布見(jiàn)圖4。在25m鋼軌上，沿長(zhǎng)度方向的變形量為23mm。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼軌的熱處理方法，其特征是先將鋼軌用工頻感應(yīng)加熱裝置整體預(yù)熱到如下溫度，軌頭560～650℃，軌底460～560℃；再用中頻感應(yīng)加熱裝置將軌頭加熱至860～1020℃；隨后空冷到790～720℃；用噴風(fēng)裝置將20～39m3/min的壓縮空氣噴冷軌頭，使其以2.5～15℃/s的冷卻速度冷至600～350℃；用配置在軌頭周?chē)膰娝b置以0.5～0.86m3/h的流量將20～50℃的水噴向軌頭，使其以4.8～17.5℃/s的冷速降至500～250℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在噴水冷卻后，使其軌頭與軌底間保持一定的溫度差，其范圍是軌頭低于軌底0～75℃，或是軌頭高于軌底0～45℃。
3.一種鋼軌熱處理用的噴風(fēng)裝置，它是由冷卻鋼軌踏面的噴頭和冷卻兩側(cè)的噴頭所組成，其特征是各噴頭內(nèi)有數(shù)十個(gè)呈梅花式分布的高速噴嘴，噴嘴軸線與噴頭表面的夾角α為79～45°，噴嘴內(nèi)徑1～8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征是處于軌頭踏面的噴頭和處于軌頭兩側(cè)的噴頭分別與壓縮空氣的氣源控制閥相接。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼軌熱處理技術(shù)。一種生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼軌的熱處理方法，其步驟是先用雙頻感應(yīng)加熱裝置對(duì)鋼軌進(jìn)行預(yù)熱和加熱，然后空冷、壓縮空氣冷卻、噴水冷卻和控制熱處理變形。由于鋼軌冷卻采用“先風(fēng)后水”熱處理方法，可使其具有工藝穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、性能好等特點(diǎn)。噴風(fēng)裝置中噴嘴軸線與噴頭表面有一定夾角，噴嘴呈梅花式分布，提高了冷卻效果，節(jié)省了壓縮空氣耗量。
文檔編號(hào)C21D9/04GK1075985SQ9211326
公開(kāi)日1993年9月8日 申請(qǐng)日期1992年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月26日
發(fā)明者鄭體成, 趙文杰, 吳德強(qiáng), 謝紹信, 李巍, 李守仁, 韋永華, 張吉辰, 李致云, 閻志強(qiáng), 唐開(kāi)蓮, 馬秀蓉, 查富和, 王家駒, 于志復(fù) 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院, 北京鐵路工業(yè)總公司