鋼軌熱處理方法和裝置的製作方法

2023-10-09 05:35:24 4

專利名稱：鋼軌熱處理方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種用於鋼軌的熱處理技術。
作為現有鋼軌熱處理技術，中國專利88105864.5詳細記敘了一種生產高強度鋼軌的熱處理方法。該方法是先用工頻感應整體預熱，再用中頻加熱鋼軌頭部到淬火溫度，然後用壓縮空氣冷卻，隨後噴霧冷卻(簡稱「先風后霧」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，水流量波動的影響，國內外長期實踐證明，噴霧冷卻時所存在的「喘氣」現象始終難於克服。上述原因將勢必影響淬火工藝的穩定性和產品性能;②要控制鋼軌變形量在允許範圍內，必須控制軌頭溫度高於軌底溫度在50～100℃範圍內，這給操作者帶來一定的難度;③用壓縮空氣冷卻的噴風裝置結構不太合理，致使高速噴出的氣流與鋼軌表面返回的氣流之間幹擾嚴重，影響了冷卻效果，因此壓縮空氣耗量較大，達40～70m3/min。
本發明的目的是克服上述專利的缺點，即以穩定的單一介質的水來代替不穩定的雙介質的霧進行淬火冷卻，簡稱「先風后水」淬火工藝。該工藝能保證熱處理工藝的穩定性，產品質量好。本發明的另一目的是，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幹擾，壓縮空氣耗量低而冷卻效果好的噴風裝置。
本發明所提供的一種生產高強度鋼軌的熱處理方法，其步驟是先將鋼軌用工頻感應加熱裝置整體預熱，使其以預定的加熱速度預熱到如下溫度軌頭560～650℃，軌底460～560℃。再用中頻感應加熱裝置對其頭部加熱至預定的熱處理溫度，一般是860～1020℃(指軌頭表面溫度)，然後在自然環境下空冷到預定的溫度範圍，一般是790～720℃，以使鋼軌頭部溫度均勻，並有利於適當加深硬化層和減少冷卻介質耗量。隨後用配置在鋼軌頭部周圍的噴風裝置，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圍的噴水冷卻裝置，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裡至15～25mm範圍內獲得硬度均勻下降的細珠光體組織，其維氏硬度為400～306(布氏硬度為390～300HB)。噴水冷卻後的軌頭溫度的確定，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，其範圍是軌頭溫度低於軌底溫度0～75℃，或軌頭溫度高於軌底溫度0～45℃，以控制鋼軌經熱處理後沿長度方向的變形量小於100mm/25m。
在整個熱處理過程中，鋼軌相對於熱處理裝置單向連續運動，其速度可達到1.0～1.8m/min。
所述的噴風裝置，是由冷卻鋼軌軌頭踏面的噴頭和冷卻軌頭兩側面的噴頭組成。各噴頭內有數十個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°，噴嘴內徑為1～8mm。為了分別調節踏面和兩側面的冷卻速度，各噴頭分別與壓縮空氣源的控制閥相接。打開控制閥，壓縮空氣從噴嘴高速噴向軌頭。由於高速氣流與鋼軌縱向軸線成一定夾角，使得噴出氣流順暢，能充分進行熱交換，因此，壓縮空氣耗量減少到20～40m3/min。
採用本發明可達到如下效果①由於本發明所採用的是先風冷後水冷，均是穩定的單一介質，操作者易於控制和調節。因此，工藝穩定性好，可保證淬火質量的均勻性。用該方法生產的鋼軌質量與「先風后霧」法相比，其性能指標有所改善，詳見表1。
表1 60kg/m鋼軌熱處理後性能指標對比
②採用本發明所述的噴風裝置，消除了高速氣流間的幹擾，改善了冷卻效果，因此壓縮空氣消耗量可節約20～50%。
③採用本發明所述的方法組織生產，允許軌頭與軌底間的溫差範圍較大，這給操作者帶來很大方便。
本發明可用於50、60、75kg/m等型號的各種材質的鋼軌熱處理。


圖1為本發明所述方法的實例側視圖。
圖2噴風裝置安裝示意圖。
圖3噴風裝置側視圖。
圖4為60kg/m鋼軌熱處理後的橫截面上布氏硬度測量結果。
下面就本發明的要點結合附圖舉例，予以詳細說明。
圖1為本發明的實施例。送料輥1以1.0～1.8m/min的速度將鋼軌6連續單向地送入熱處理裝置中進行熱處理。預熱裝置2為工頻感應加熱器，它全罩在鋼軌上，利用所產生的感應電流將鋼軌各部位分別預熱到460～650℃。加熱裝置3為中頻感應器，它僅罩在鋼軌頭部，利用所產生的感應電流將鋼軌頭部加熱到860～1020℃。然後，使鋼軌在自然環境溫度下空冷到790～720℃之間的適當溫度，以達到鋼軌頭部溫度的進一步均勻。噴風冷卻裝置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圍的噴水冷卻裝置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℃，並且使軌頭與軌底間保持一定的溫差，即軌頭溫度低於軌底溫度0～75℃;或軌頭溫度高於軌底溫度0～45℃。這樣，可使鋼軌熱處理後沿長度方向的變形量小於100mm/25m。
在圖2中，噴風裝置4由噴頭7和2個(或2組)噴頭8組成，噴頭7用於冷卻鋼軌踏面。噴頭8用於冷卻軌頭兩側。它們分別接至壓縮空氣源控制閥。各噴頭上有數十個噴嘴9(圖3)，噴嘴軸線與噴頭表面間的夾角α為79～45°，噴嘴內徑為1～8mm，噴嘴9呈梅花式布置。
實施例60kg/m鋼軌其化學成分為0.75%C，0.20%Si，0.78%Mn，0.019%P，0.023%S，其餘為鐵和微量元素。鋼軌在1.28m/min的移送速度下，用本發明進行下列條件的熱處理先經工頻感應加熱裝置預熱，鋼軌頭部溫度580℃，軌底520℃;再用中頻感應加熱裝置加熱軌頭踏面到900℃;隨後空冷到760℃;噴風裝置用流量為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℃，並使鋼軌頭部溫度比軌底溫度低10℃。鋼軌按此法熱處理後的機械性能為σb＝1301.7MPa，σ0.2＝890.3MPa，δ5＝14.1%，硬化層深度≥15mm，軌頭橫截面上各點布氏硬度值分布見圖4。在25m鋼軌上，沿長度方向的變形量為23mm。
權利要求
1.一種生產高強度鋼軌的熱處理方法，其特徵是先將鋼軌用工頻感應加熱裝置整體預熱到如下溫度，軌頭560～650℃，軌底460～560℃；再用中頻感應加熱裝置將軌頭加熱至860～1020℃；隨後空冷到790～720℃；用噴風裝置將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℃；用配置在軌頭周圍的噴水裝置以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.根據權利要求1所述的方法，其特徵是在噴水冷卻後，使其軌頭與軌底間保持一定的溫度差，其範圍是軌頭低於軌底0～75℃，或是軌頭高於軌底0～45℃。
3.一種鋼軌熱處理用的噴風裝置，它是由冷卻鋼軌踏面的噴頭和冷卻兩側的噴頭所組成，其特徵是各噴頭內有數十個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°，噴嘴內徑1～8mm。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵是處於軌頭踏面的噴頭和處於軌頭兩側的噴頭分別與壓縮空氣的氣源控制閥相接。
全文摘要
本發明屬於鋼軌熱處理技術。一種生產高強度鋼軌的熱處理方法，其步驟是先用雙頻感應加熱裝置對鋼軌進行預熱和加熱，然後空冷、壓縮空氣冷卻、噴水冷卻和控制熱處理變形。由於鋼軌冷卻採用「先風后水」熱處理方法，可使其具有工藝穩定、操作簡便、性能好等特點。噴風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，節省了壓縮空氣耗量。
文檔編號C21D9/04GK1075985SQ9211326
公開日1993年9月8日 申請日期1992年11月26日 優先權日1992年11月26日
發明者鄭體成, 趙文杰, 吳德強, 謝紹信, 李巍, 李守仁, 韋永華, 張吉辰, 李致雲, 閻志強, 唐開蓮, 馬秀蓉, 查富和, 王家駒, 於志復 申請人:冶金工業部重慶鋼鐵設計研究院, 北京鐵路工業總公司