一種重載鐵路用鋼軌及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種重載鐵路用鋼軌及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 重載鐵路的彎道中，輪軌接觸的早期階段，車輪與鋼軌軌距角處的接觸應(yīng)力相較 后期的穩(wěn)定階段明顯過(guò)大，造成鋼軌在前半年服役過(guò)程中疲勞裂紋過(guò)早產(chǎn)生和擴(kuò)展，容易 發(fā)生剝離缺陷，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成軌頭核傷缺陷，影響鐵路的行車安全。
[0003] 針對(duì)鋼軌早期使用過(guò)程中出現(xiàn)的疲勞現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員也在采取不同措 施進(jìn)行改善，W期使鋼軌使用更為安全，鐵路運(yùn)輸更為順楊。例如，北美地區(qū)的美國(guó)、加拿大 等通過(guò)利用將軌距角處的=段圓弧優(yōu)化為四段圓弧，使輪軌接觸應(yīng)力更小。國(guó)內(nèi)鋼軌研究 工作者近些年也開(kāi)始借鑒北美的技術(shù)思路來(lái)改善輪軌接觸條件，如周清躍、張銀花、田常海 等發(fā)表的"60N鋼軌的廓形設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究"論文中介紹，針對(duì)我國(guó)鐵路多種型面的車輪在 線路上混跑的實(shí)際情況，為改善輪軌接觸關(guān)系，減少輪軌接觸應(yīng)力、改善車輛動(dòng)力學(xué)性能， 研究設(shè)計(jì)具有新軌頭廓型的60N鋼軌。仿真結(jié)果表明：60N鋼軌與LM，S1002CN和LMA型面 車輪接觸時(shí)的接觸點(diǎn)基本在軌頭踏面中屯、區(qū)域；60N鋼軌的最大接觸應(yīng)力和最大Mises等 效應(yīng)力與60鋼軌相比，分別降低約19%和13%。
[0004] 同時(shí)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究者也通過(guò)設(shè)計(jì)鋼軌的化學(xué)成分和熱處理工藝來(lái)改善鋼軌的 抗接觸疲勞性能，具體如下。 陽(yáng)0化](1)克里斯英國(guó)有限公司于2011年申請(qǐng)"具有耐磨性能和滾動(dòng)接觸疲勞抵抗性的 優(yōu)異結(jié)合的鋼軌鋼"專利（申請(qǐng)公布號(hào)CN101946019A)，該專利設(shè)及高強(qiáng)度珠光體鋼的鋼 軌，其具有耐磨性和滾動(dòng)接觸疲勞抵抗性的優(yōu)異結(jié)合，其中該鋼由W下組成：〇. 88-0. 95% 碳，0. 75-0. 92 % 娃，0. 80-0. 95 % 儘，0. 05-0. 14 % 饑，至多 0. 008 % 氮，至多 0. 030 % 憐， 0. 008-0. 030%硫，至多2. 5ppm氨，至多0. 10%銘，至多0. 010%侶，至多20ppm氧，余量為 鐵和不可避免的雜質(zhì)。該專利鋼軌在水潤(rùn)滑條件下具有超過(guò)130000循環(huán)的RCF抵抗性。
[0006] (2)新日鐵住金株式會(huì)社公司于2013年在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)"鋼軌及其制造方法"專利 (申請(qǐng)公布號(hào)CN102985574A)，該專利提供一種鋼軌，該鋼軌W質(zhì)量％計(jì)含有：C:大于0. 85 且為 1. 20%W下、Si:0. 05-2. 00%、Mn:0. 05-0. 50%、Cr:0. 05-0. 60%、P《0. 0150%， 其余部分由化及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其中，由W頭部拐角部及頭頂部的表面作為起點(diǎn)到 深度IOmm的范圍構(gòu)成的頭表部的97%W上為珠光體組織；所述珠光體組織的維氏硬度為 HV320-500 ;所述珠光體組織中的滲碳體相的Mn濃度CMn[at. % ]除W鐵素體的Mn濃度 FMn[at. % ]而算出的值CMn/FMn值為1. 0W上且5. 0W下。
[0007] (3)新日本制鐵株式會(huì)社公司于2012年申請(qǐng)"延展性優(yōu)良的珠光體系高碳鋼鋼 軌及其制造方法"（申請(qǐng)公布號(hào)CN102803536A)，設(shè)及一種延展性優(yōu)良的珠光體系高碳鋼 鋼軌，其W質(zhì)量％計(jì)，含有C:超過(guò) 0.85-1. 40%、Si:0. 10-2. 00%、Mn:0. 10-2. 00%、Ti: 0. 001-0. 01%、V:0. 005-0. 20%W及N<0. 0040%，剩余部分包括鐵和不可避免的雜質(zhì)；Ti 和V的含量滿足式（1)的范圍，而且鋼軌頭部為珠光體組織。5《[V(質(zhì)量％)]/[Ti(質(zhì) 量％ )]《20式（1)。
[0008] (4)美國(guó)柏林頓北方鐵道公司于1991年申請(qǐng)"高強(qiáng)度耐損傷鋼軌及其制造方 法"（專利公開(kāi)號(hào)CN1063916A)。該專利提出一種高強(qiáng)度耐損傷鋼軌的構(gòu)成，該鋼軌的組分 按重量百分比計(jì)算為C:0. 60-0. 85%、Si:0. 1-1. 0%、Mn:0. 5-1. 5%、P:在 0. 035%W下、 S:在0. 040%W下、Al:在0. 05%W下，其余為化及不可避免的夾雜。角部2及頭側(cè)部3的 硬度為皿341-HB405,頭頂部的硬度為上述角部及頭側(cè)部硬度的90%W下。
[0009] 然而，上述鋼軌均只關(guān)注了少數(shù)幾個(gè)方面，而沒(méi)有同時(shí)兼顧強(qiáng)度、耐磨性和耐接觸 疲勞性能，尤其是對(duì)于鋼軌早期的耐接觸疲勞性能更沒(méi)有給予特別的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的貨運(yùn)鐵路在使用早期容易出現(xiàn)接觸疲勞勞損的現(xiàn)狀， 提供一種重載鐵路用鋼軌及其生產(chǎn)方法，該重載鐵路用鋼軌具有高強(qiáng)度、高耐磨性和高抗 接觸疲勞性能，尤其在使用前期具有優(yōu)異的耐磨性能和抗接觸疲勞性能。
[0011] 本發(fā)明提供了一種重載鐵路用鋼軌，該重載鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組 織構(gòu)成，所述軌距角的厚度為3-5mm，硬度為341-368皿，延伸率為13-16 %。
[0012] 本發(fā)明還提供了生產(chǎn)本發(fā)明的重載鐵路用鋼軌的方法，該方法包括：將終社后的 鋼軌進(jìn)行快速冷卻，然后對(duì)軌距角部位進(jìn)行快速加熱和保溫；快速冷卻的條件包括：開(kāi)冷 溫度為800-880°C，冷卻速度為1-10°C/s,終冷溫度為400-450°C;快速加熱和保溫的條件 包括：W3. 0-4.(TC/s的升溫速度將軌距角溫度升高至700-800°C并保溫3-5min。
[0013] 本發(fā)明另外提供了本發(fā)明生產(chǎn)重載鐵路用鋼軌的方法生產(chǎn)得到的重載鐵路用鋼 軌。
[0014] 本發(fā)明另外提供了本發(fā)明的重載鐵路用鋼軌在20-30噸軸重重載鐵路中的應(yīng)用。
[0015] 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)球狀珠光體組織由于其較好的塑形性能和稍低的耐磨耗性 能非常適合用作軌距角的金相組織，運(yùn)樣的軌距角由于具有更好的塑形性能，能被快速磨 掉，形成良好的輪軌接觸關(guān)系，使鋼軌在使用前期具有良好的耐磨耗性能和抗接觸疲勞性 能。本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，為了得到球狀珠光體組織的軌距角，可W在鋼軌的生 產(chǎn)后期進(jìn)行特殊的熱處理，例如先快速冷卻，然后對(duì)軌距角部位進(jìn)行快速加熱和保溫，能夠 使軌距角處生成球狀珠光體組織。根據(jù)本發(fā)明，可W抑制由于頭部拉痕等造成的過(guò)大接觸 壓力而產(chǎn)生的頭頂部的損傷，可延長(zhǎng)鋼軌的壽命。本發(fā)明的方法得到的鋼軌兼具優(yōu)異的強(qiáng) 度、耐磨性和抗接觸疲勞性能，特別適用于20-30噸軸重重載鐵路。
[0016] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予W詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0018] 圖1是本發(fā)明提供的重載鐵路用鋼軌的軌距角的區(qū)域示意圖。
[0019] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的重載鐵路用鋼軌的軌距角（左側(cè)）與軌頭基體（右 偵。交界處的金相組織的TEM圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明提供的重載鐵路用鋼軌的軌頭基體的硬度測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)示意圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明提供的重載鐵路用鋼軌的軌距角的硬度測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)示意圖。
[0022] 圖5是本發(fā)明提供的重載鐵路用鋼軌的快速加熱過(guò)程的加熱區(qū)域示意圖。
[0023] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0024] 1軌距角的區(qū)域 Al軌頭基體硬度的測(cè)試位置
[00巧]Bl軌距角硬度的測(cè)試位置 Cl軌距角硬度的測(cè)試位置
【具體實(shí)施方式】
[0026]W下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0027] 本發(fā)明提供了一種重載鐵路用鋼軌，該重載鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組 織構(gòu)成，所述軌距角1的厚度為3-5mm，硬度為341-368皿，延伸率為13-16%，如圖1所示。
[0028] 優(yōu)選地，所述重載鐵路用鋼軌的軌距角1的厚度為3. 5-4. 7mm，硬度為345-360皿， 延伸率為13. 5-15. 5% ;優(yōu)選地，所述重載鐵路用鋼軌的軌距角1的寬度為18-22mm。
[0029] 在本發(fā)明中，所述軌距角1的厚度的測(cè)定方法為金相腐蝕法，硬度的測(cè)定方法為 GB/T231. 1，延伸率的測(cè)定方法為GB/T228. 1。如圖4所示，鋼軌的軌距角1的硬度測(cè)試點(diǎn) Bl和Cl的位置大致在軌距角1厚度的中間點(diǎn)。
[0030] 在本發(fā)明中，所述軌距角1的位置適用于本領(lǐng)域通用的軌距角的位置，所述軌距 角1的邊界通過(guò)金相組織來(lái)界定，金相組織為球狀珠光體組織的部分為本發(fā)明的軌距角的 具體位置，如圖1中附圖標(biāo)記1所指的陰影部分所示。本發(fā)明中的軌頭、軌腰等描述鋼軌部 位的詞均適用于本領(lǐng)域通用的定義。本發(fā)明中所述的軌頭基體指的是軌頭除了軌距角1之 外的部分。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的重載鐵路用鋼軌，所述重載鐵路用鋼軌的除軌距角1W外的其他部