一种控制高强钢轨轨底中心残余应力的方法与流程

本发明涉及钢轨轧制技术领域，尤其涉及一种控制高强钢轨轨底中心残余应力的方法。

背景技术：

随着我国近些年铁路的快速发展，重载铁路车型已经从c60、c63逐渐升级到c70、c70h等，列车的轴重也从21吨提高到25吨，部分线路提高到27吨。列车轴重的提高后，钢轨轨底在服役过程中承受的拉应力也显著增加。为保证铁路的运输安全，国际上的主要钢轨标准，例如欧洲的en标准和我国的铁标均根据生产装备水平和技术水平，规定钢轨轨底中心残余应力≤250mpa，以保证钢轨在线路服役过程中的安全运行。

为使钢轨轨底中心残余应力满足≤250mpa要求，国内科技工作者也研究了多种控制残余应力的技术和方法，并取得了良好效果。

(1)通过优化矫直工艺降低轨底残余应力

专利cn110538873a“一种控制百米钢轨轨底残余应力的方法”,通过控制水平矫直辊总压下量控制在55mm以内，控制相邻的两个水平压下量之差，即r2、r4、r6、r8压下量依次减小，且r2与r4、r4与r6、r6与r8压下量之差分别控制在10mm、8mm、6mm以内，矫直速度不大于2.0m/s，使得轨底残余应力控制在200mpa以内。

(2)通过热处理降低残余应力

专利cn106086370b“一种降低钢轨残余应力的方法以及所得钢轨及其应用”所述降低钢轨残余应力的方法包括将轧制后所得钢轨的轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位依次进行加速冷却、缓慢冷却和空冷，所述加速冷却的开冷温度为650-950℃，冷却速度为2-8℃/s，终冷温度为400-600℃，所述缓慢冷却的冷却速度为0.1-1.5℃/s，终冷温度为180-300℃。能够在保证钢轨的拉伸性能的前提下有效降低钢轨的残余应力，提高平直度。

(3)通过轻压下工艺降低残余应力

专利cn205393228u“用于改善钢轨残余应力及轨高波动的装置”通过采用水平矫直机的输出端依次配备轨高波动均匀化装置、残余应力优化装置，可稳定将钢轨的轨高波动控制在0.4mm以内，残余应力控制在50mpa以下，甚至改善为压应力。

(4)通过矫直和轧制降低残余应力

专利cn102049434a“矫直辊、用于矫直钢轨的设备和钢轨轧制方法”、cn102049415b“一种钢轨轧制方法”、cn102049416a“轧辊、用于轧制钢轨的设备和钢轨轧制方法”等专利通过控制钢轨轧制装置的形状，成功将43kg/m～75kg/m钢轨的轨底残余应力控制在250mpa以内。

从以上专利技术看，虽然采用不同技术可有效控制轨底中心残余应力，但部分专利在实施过程中也存在不足。例如cn102049434a、cn102049416a专利，虽然可有效控制钢轨的轨底中心残余应力，但是当钢轨来料旁弯和扭转较大时，导致钢轨在水平矫直机中不能保持水平直立形状，此时会限制钢轨的水平压下工艺，同时会导致钢轨腹腔的尺寸出现一边大一边小的状态(标准要求-0.5mm～+0.6mm)，同时导致钢轨的平直度不能满足标准要求。

技术实现要素：

为克服现有钢轨在轧制矫直阶段容易出现较大的轨底中心残余应力等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种简单实用的控制钢轨轨底中心残余应力的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种控制高强钢轨轨底中心残余应力的方法，在采用上下弯曲度矫直机对高强钢轨进行矫直时，所述上下弯曲度矫直机的上矫直辊采用直线型，下矫直辊采用直线—凹弧—直线型，其中下矫直辊两端的直线段长度为10mm～15mm，中部弧形段的弦高为0.35mm～0.55mm。

进一步的是，所述下矫直辊两端的直线段长度为12.5mm，中部弧形段的弦高为0.45mm。

进一步的是，所述下矫直辊的直线段与弧形段的连接处设有倒圆角。

进一步的是，所述高强钢轨的断面为60kg/m、68kg/m或75kg/m，钢轨抗拉强度为1300mpa～1450mpa；钢轨化学成分为：0.85～1.00％的碳，0.10～0.80％的硅，0.40～1.30％的锰，≤0.020％的磷，≤0.020％的硫，≤0.70％的铬，≤0.12％的钒，≤0.010％的铝，其余为fe。

本发明的有益效果是：通过将上下弯曲度矫直机的下矫直辊设计成直线—凹弧—直线型，当钢轨经过该矫直辊时，高强钢轨轨底与矫直辊接触面积较宽，钢轨轨底中心与下矫直辊的接触压力显著降低，从而降低了矫直后钢轨轨底中心的残余应力，可有效控制钢轨轨底中心残余应力≤250mpa，同时因保持钢轨垂直的矫直状态，可更好地保证钢轨的平直度质量和钢轨腹腔尺寸精度。

附图说明

图1是本发明钢轨矫直示意图。

图2是本发明下矫直辊结构示意图。

图中标记为，1-高强钢轨，2-上矫直辊，3-下矫直辊，31-直线段，32-弧形段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，本发明所提供的一种控制高强钢轨轨底中心残余应力的方法，主要是在采用上下弯曲度矫直机对高强钢轨1进行矫直时，所述上下弯曲度矫直机的上矫直辊2采用直线型，下矫直辊3采用直线—凹弧—直线型。设计时根据高强钢轨1断面尺寸大小确定直线段31和弧形段32的加工尺寸。根据一般钢轨结构特性，结合现有矫直辊的一般长度，当下矫直辊3两端的直线段31长度为10mm～15mm，中部的弧形段32的弦高为0.35mm～0.55mm时可满足使用要求。

本申请所针对的高强钢轨指的是断面为60kg/m、68kg/m或75kg/m，钢轨抗拉强度为1300mpa～1450mpa的钢轨；钢轨化学成分为：0.85～1.00％的碳，0.10～0.80％的硅，0.40～1.30％的锰，≤0.020％的磷，≤0.020％的硫，≤0.70％的铬，≤0.12％的钒，≤0.010％的铝，其余为fe。

在矫直时，将该矫直辊通过机械方式精确地装备到矫直轴上，矫直进行过程中，高强钢轨1以直立状态进入矫直机，高强钢轨1依次与下矫直辊2和上矫直辊3正常接触，此时高强钢轨1轨底与下矫直辊3接触面积较宽，下矫直辊3的中部的弧形段32可使高强钢轨1轨底中心与下矫直辊3的接触压力显著降低。同时因保持钢轨垂直的矫直状态，可更好地保证钢轨的平直度质量和钢轨腹腔尺寸精度。

上述方案的优选方式是，由于一条轧制线可能会用于对多种不同型号的钢轨进行轧制矫直，因此，为了统一设备，提高矫直机的普适性，所述下矫直辊3两端的直线段31长度优选12.5mm，中部弧形段32的弦高优选0.45mm，可满足绝大部分钢轨的矫直要求。此外，在所述下矫直辊3的直线段31与弧形段32的连接处可增设倒圆角来避免划伤钢轨。

下面通过具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

采用传统方式与本发明的方案同时对60kg/m、68kg/m、75kg/m三种型号的钢轨进行矫直，对比结果如下表所示。

通过上表可见，采用本发明的方案能够明显降低钢轨轨底中心残余应力，并使钢轨轨底中心的残余应力控制在250mpa以内。本发明通过优化矫直工艺技术，同时缩小钢轨的矫直工艺空间，可达到降低轨底中心残余应力目的同时保证钢轨具有良好的平直度质量，因此该技术在钢轨类产品的矫直工艺中具有良好的应用价值和推广前景。