钢轨在线热处理平直度控制方法

摘要

本发明涉及钢材热处理技术领域，尤其涉及一种钢轨在线热处理平直度控制方法。钢轨在线热处理平直度控制方法包括步骤：1)弯曲处理：钢轨轧制后通过弯曲机控制热态钢轨具有0.4～1.0mm/1.5m弯向轨底的弯曲度；2)热处理：钢轨热处理过程中的加速冷却分为两个阶段，第一阶段加速冷却时间为60～100秒，施加在钢轨轨头和轨底的冷却介质的流量之比为4～7:1；第二阶段加速冷却时间为25～50秒，施加在钢轨轨头和轨底的冷却介质的流量之比为1:3～6；热处理结束后钢轨轨头的温度比轨底温度低60～120℃。通过本发明钢轨在线热处理平直度控制方法得到的钢轨的平直度为0.9～1.2mm/1.5m。

说明书

技术领域

本发明涉及钢材热处理技术领域，尤其涉及一种钢轨在线热处理平直度控制方法。

背景技术

国内外钢轨生产厂家基本都采用在线热处理技术来提高钢轨强度和硬度，以增加钢轨的耐磨性能和抗疲劳性能。钢轨在线热处理工艺可分为走行式和固定式。钢轨在线热处理一般采用走行式热处理方式，走行式是指轧后热态钢轨按适当的速度通过冷却机组，冷却机组通过喷射冷却介质(水或雾或空气)对钢轨轨头进行加速冷却，达到强化的目的，同时在轨底施加一定的冷却强度，以平衡对轨头进行加速冷却时的弯曲，对钢轨轨头进行加速冷却过程中，钢轨轨头和轨底部位的冷却强度分配不合理，会向轨头产生较大弯曲，行进中的钢轨会对热处理设备造成破坏，同时钢轨也会被卡在热处理机组中造成生产事故。而且，如果热处理后钢轨轨头和轨底的温差分布不合理，从热处理结束后自然冷却到室温过程，钢轨也会产生较大的弯向轨头或弯向轨底的弯曲，从而影响后续的矫直工艺，造成平直度、轨底残余应力超标。

为解决热处理过程中钢轨易弯曲的问题，如2000年北京科技大学硕士论文《钢轨在线热处理技术开发-钢轨变形控制研究》中记载一种钢轨在线热处理变形控制方法，包括：(1)通过热矫直机对热态钢轨进行矫直，保证钢轨平直进入在线热处理机组；(2)在满足钢轨热处理工艺的基础上，充分利用调整钢轨轨底的冷却能力，最大限度地降低钢轨因冷却不均而引起的变形。(3)增设机械约束、速度控制机构，保证钢轨在热处理机组中按规定的轨迹运行。其缺点是热态钢轨以平直状态进入热处理机组，为了保证热处理后轨头性能达到标准要求，施加在轨头部位的冷却强度比轨底的冷却强度大很多，因此会产生很大的弯向轨头的弯曲，同时没有具体涉及轨底和轨头的冷却强度如何分配，可以最大限度的降低因冷却不均而引起的变形。

又如申请号为96117733.0，名称为利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法及其装置的中国发明专利申请文件，公开了一种采用机械约束法和轨底控制冷却法相结合的方式，减少在钢轨热处理过程中沿长度方向的挠曲，具体特征是对钢轨底部的冷却是与钢轨头部的冷却段相对应的冷却段，有单独的电、水、气路控制；每个冷却段正对钢轨底部的一侧均匀分布有数十个喷嘴；喷嘴缎面和钢轨底部的间距为10-100mm。该发明提供了一种热处理设备布置来控制不均冷却引起的变形，但未具体涉及具体控制工艺方法。

又如申请号为98112070.9，名称为约束钢轨热处理时变形的方法和装置的中国发明专利申请文件，公开了一种钢轨热处理时变形的约束方法和装置，但未提及平直度控制工艺，其缺点是如果弯曲工艺控制不当，会造成约束力过大，容易产生卡钢或钢轨表面缺陷，而且热处理后钢轨空冷却过程弯曲量大，对后续平直度和轨底残余应力控制不利。

又如申请号为200610021821.9，名称为钢轨热处理方法及钢轨热处理机组的中国发明专利申请文件，公开了一种钢轨热处理时变形控制方法，热态钢轨进入热处理机组之前，用热矫直机将钢轨进行矫直；之后进行两次热处理，第二次热处理后，钢轨轨头与轨底温度相当。其缺点是钢轨出热处理机组后轨头和轨底温度相当，自然冷却过程中，由于轨底金属量比轨头少，轨底先冷却至室温，轨头后冷，会产生较大弯向轨头的弯曲。

又如申请号为85109735，名称为钢轨热处理的方法和设备的中国发明专利申请文件，公开了一种热处理变形控制方法，是将气体冷却介质喷向钢轨底面，以减小钢轨沿长度方法的挠曲。钢轨的下冷却装置中喷嘴的总面积与钢轨头部冷却装置中喷嘴总面积之比在1/2和1/5之间。但未给出具体冷却强度和冷却时间分配，同时热处理后钢轨轨头和轨底温度分布做要求，造成实际挠曲控制不佳。

综上所述，国内外的钢轨热处理工艺中钢轨容易发生弯曲，因此，亟需一种在线热处理钢轨过程中有效控制钢轨平直度的方法。

发明内容

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种能较好控制钢轨平直度的钢轨在线热处理平直度控制方法。

为实现上述目的，本发明所设计的钢轨在线热处理平直度控制方法包括步骤：

1)弯曲处理

钢轨轧制后通过传送辊道输送至弯曲机，通过弯曲机控制热态钢轨具有0.4～1.0mm/1.5m弯向轨底的弯曲度；

2)热处理

具有0.4～1.0mm/1.5m弯向轨底的弯曲度的钢轨进入热处理机组，热处理过程中的加速冷却分为两个阶段，第一阶段加速冷却时间为60～100秒，施加在钢轨轨头和轨底的冷却介质的流量之比为4～7:1；第一阶段加速冷却后立即开始第二阶段的加速冷却，第二阶段加速冷却时间为25～50秒，施加在钢轨轨头和轨底的冷却介质的流量之比为1:3～6；热处理结束后钢轨轨头的温度比轨底温度低60～120℃。

与现有技术相比，本发明的钢轨在线热处理平直度控制方法首先在热处理前控制热态钢轨具有0.4～1.0mm/1.5m弯向轨底的弯曲度，这是因为钢轨热处理中，为了保证轨头部位的性能，施加在轨头部位的冷却介质流量比轨底大很多，因此会产生很大弯向轨头的弯曲，热态钢轨保持一定弯向轨底的弯曲度进行热处理，可达到平衡钢轨轨头冷却强度比轨底大而引起的弯向轨头方向的弯曲，保证热处理过程钢轨基本保持平直状态，进一步可以减小钢轨与热处理机组的限位装置、约束装置等辅助设备的接触，避免钢轨产生刮伤、压痕等表面缺陷。

其次，通过两个阶段加速冷却时间和冷却介质流量的合理分配，控制热处理结束后钢轨轨头的温度比轨底温度低60～120℃。由于热处理结束后钢轨需要进行空冷工序，钢轨在空冷过程中一般弯向了冷却慢一端，而且空冷过程中轨底冷却的快。因此本发明在热处理结束后控制钢轨轨头的温度比轨底温度低60～120℃，保持轨底与轨头在空冷过程中温度差达到最小进而保证平直度。

作为优选方案，步骤1)中通过弯曲机控制热态钢轨具有0.4～0.6mm/1.5m弯向轨底的弯曲度。

作为优选方案，步骤2)中第一阶段加速冷却时间为60～65秒，施加在钢轨轨头和轨底的冷却介质的流量之比为4.75～7：1；第二阶段加速冷却时间为35～50秒，施加在钢轨轨头和轨底的冷却介质的流量之比为1:3～5；热处理结束后钢轨轨头的温度比轨底温度低60～65℃。

作为优选方案，第一阶段加速冷却过程中，施加在钢轨轨头冷却介质的流量为3200～5600m³/m，施加在钢轨轨底冷却介质的流量为800m³/m；第二阶段加速冷却过程中，施加在钢轨轨头冷却介质的流量为120～200m³/m，施加在钢轨轨底冷却介质的流量为600～900m³/m。

作为优选方案，冷却介质为压缩空气或气雾。

本发明的优点在于：本发明提供一种钢轨在线热处理平直度控制方法，首先通过控制钢轨进入在线热处理前保持一定弯向轨底的弯曲度，其次在线热处理过程中通过控制钢轨轨头和轨底冷却介质流量进而控制钢轨轨头的温度比轨底温度低60～120℃，减小空冷过程轨底与轨头在空冷过程中温度差。通过本发明钢轨在线热处理平直度控制方法得到的钢轨的平直度为0.9～1.2mm/1.5m。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。

为解决现有钢轨在线热处理方法技术中存在钢轨平直度控制不佳的问题，本发明提供一种钢轨在线热处理平直度控制方法，具体地说，钢轨进入在线热处理前控制钢轨保持一定弯向轨底的弯曲度，在线热处理过程中通过控制钢轨轨头和轨底冷却介质流量进而控制钢轨轨头的温度比轨底温度低60～120℃。以下将通过具体的实施例来对本发明的钢轨在线热处理方法的优选方式进行详细地说明。

实施例1

60kg/m U75V钢轨在线热处理平直度控制方法，具体过程为，

1)弯曲处理

60kg/m U75V钢轨轧制后通过传送辊道输送至弯曲机，通过弯曲机控制热态钢轨具有0.8mm/1.5m弯向轨底的弯曲度。

2)热处理

具有0.8mm/1.5m弯向轨底的弯曲度的钢轨进入热处理机组，在加速冷却的前85s内，在钢轨轨头施加3600m³/m的冷却介质，轨底施加800m³/m冷却介质，轨头和轨底的流量比控制在4.5：1。在加速冷却的86s～115s内，向钢轨轨头施加200m³/m，钢轨轨底施加800m³/m冷却介质，轨头和轨底流量比控制在1:4。钢轨出热处理机组后，轨头表面温度比轨底表面温度低80℃，自然冷却到室温后，通过测量钢轨平直度达到1.1mm/1.5m。

实施例2

60kg/m U71Mn钢轨在线热处理平直度控制方法，包括步骤：

1)弯曲处理

60kg/m U71Mn钢轨轧制后通过传送辊道输送至弯曲机，通过弯曲机控制热态钢轨具有0.7mm/1.5m弯向轨底的弯曲度。

2)热处理

具有0.7mm/1.5m弯向轨底的弯曲度的钢轨进入热处理机组，在加速冷却的前80s内，在钢轨轨头施加4000m³/m的冷却介质，轨底施加800m³/m冷却介质，轨头和轨底的流量比控制在5：1。在加速冷却的81s～105s内，向钢轨轨头施加150m³/m，钢轨轨底施加900m³/m冷却介质，轨头和轨底流量比控制在1:6。钢轨出热处理机组后，轨头表面温度比轨底表面温度低80℃，自然冷却到室温后，通过测量钢轨平直度达到1.2mm/1.5m。

实施例3

50kg/m U71Mn钢轨在线热处理平直度控制方法，包括步骤：

1)弯曲处理

50kg/m U71Mn钢轨轧制后通过传送辊道输送至弯曲机，通过弯曲机控制热态钢轨具有0.6mm/1.5m弯向轨底的弯曲度。

2)热处理

具有0.6mm/1.5m弯向轨底的弯曲度的钢轨进入热处理机组，在加速冷却的前65s内，在钢轨轨头施加3800m³/m的冷却介质，轨底施加800m³/m冷却介质，轨头和轨底的流量比控制在4.75：1。在加速冷却的66s～100s内，向钢轨轨头施加120m³/m，钢轨轨底施加600m³/m冷却介质，轨头和轨底流量比控制在1:5。钢轨出热处理机组后，轨头表面温度比轨底表面温度低60℃，自然冷却到室温后，通过测量钢轨平直度达到1.0mm/1.5m。

实施例4

75kg/m U75V钢轨在线热处理平直度控制方法，包括步骤：

1)弯曲处理

75kg/m U75V钢轨轧制后通过传送辊道输送至弯曲机，通过弯曲机控制热态钢轨具有0.4mm/1.5m弯向轨底的弯曲度。

2)热处理

具有0.4mm/1.5m弯向轨底的弯曲度的钢轨进入热处理机组，在在加速冷却的前60s内，在钢轨轨头施加5600m³/m的冷却介质，轨底施加800m³/m冷却介质，轨头和轨底的冷却介质流量比控制在7：1；61～110s内，向钢轨轨头施加200m³/m，钢轨轨底施加600m³/m冷却介质，轨头和轨底流量比控制在1:3。钢轨出热处理机组后，轨头表面温度比轨底表面温度低65℃，自然冷却到室温后，通过测量钢轨平直度达到0.9mm/1.5m。

实施例5

60kg/m U75V钢轨在线热处理平直度控制方法，具体过程为，

1)弯曲处理

60kg/m U75V钢轨轧制后通过传送辊道输送至弯曲机，通过弯曲机控制热态钢轨具有1.0mm/1.5m弯向轨底的弯曲度。

2)热处理

具有1.0mm/1.5m弯向轨底的弯曲度的钢轨进入热处理机组，在在加速冷却的前100s内，在钢轨轨头施加3200m³/m的冷却介质，轨底施加800m³/m冷却介质，轨头和轨底的冷却介质流量比控制在4：1；101～140s内，向钢轨轨头施加120m³/m，钢轨轨底施加720m³/m冷却介质，轨头和轨底流量比控制在1:6。钢轨出热处理机组后，轨头表面温度比轨底表面温度低120℃，自然冷却到室温后，通过测量钢轨平直度达到1.0mm/1.5m。

对比例

目前钢轨在线热处理前不作钢轨弯曲处理，而且热处理结束后钢轨轨头表面温度比轨底表面温度低150～220℃。自然冷却到室温后，钢轨平直度尤其是端部2～3m处的下弯(弯向轨底)的弯曲度达到3～5mm/1.5m，严重影响后续平直度和轨底残余应力的控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。