一种钢轨跟端锻压段的热处理方法与流程

本发明涉及钢轨生产加工技术领域，具体涉及一种钢轨跟端锻压段的热处理方法。

背景技术：

钢轨跟端锻压段是指非对称断面的钢轨一端通过机加工形成尖轨的尖端，另一端通过热锻压的方法转变成对称断面的普通钢轨从而和普通钢轨连接，通过热锻压使钢轨断面过渡成普通钢轨的端部区域称为钢轨跟端锻压段，钢轨跟端锻压段包括轨头、轨腰和轨底。为了实现热锻压，钢轨跟端的加热温度高达1100℃以上，这样会导致钢轨跟端锻压段的晶粒粗大从而使韧性大幅度下降，因此需要对其进行热处理恢复其韧性。

现有热处理方式通常采用正火和淬火两道热处理工序进行，具体的，将钢轨锻压跟端放至加热炉内加热并保温，出炉后空冷至室温。经过跟端机加工后，将锻压跟端放至淬火机床对轨头进行感应加热，然后采用喷风盒喷风冷却方式对钢轨轨头部位吹风冷却进行钢轨淬火。正火工序消除了锻压时的残余应力和加工硬化现象，细化了锻造过程中造成的粗大晶粒，改善了切削加工性能。淬火工序提高了钢轨轨头硬度。然而两道热处理工序过程繁琐，且由于淬火时只加热钢轨轨头部位，轨腰轨底散热快，导致淬火后跟端热影响区宽度在150-200mm范围内，且热影响区内硬度低，跟端铺设到线路上后磨耗严重容易产生钢轨压塌问题，同时现有热处理方法使得钢轨的轨头淬火层深度较小，导致钢轨跟端锻压段硬度较低、耐磨性不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中对钢轨跟端锻压段热处理所得的钢轨轨头淬火深度小，导致钢轨跟端锻压段硬度较低、耐磨性不佳的问题，进而提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)利用中频感应加热方法对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体加热，使钢轨轨头、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至850-950℃；

2)对步骤1)加热后的钢轨轨头进行喷风冷却，待钢轨轨头的温度降至350-500℃时停止喷风，冷却至室温。

优选的，步骤2)所述喷风的风压为0.1-0.2MPa。

优选的，步骤2)所述喷风的风压为0.15-0.2MPa。

优选的，步骤2)中对钢轨轨头的顶面和侧面分别进行喷风冷却。

优选的，步骤2)中对钢轨轨头的顶面进行喷风的距离为18-25mm；对钢轨轨头的侧面进行喷风的距离为20-40mm。

优选的，步骤2)中对钢轨轨头的顶面进行喷风的距离为20-22mm；对钢轨轨头的侧面进行喷风的距离为28-32mm。

优选的，步骤2)中待钢轨轨头的温度降至400-450℃时再停止喷风。

优选的，步骤1)采用感应加热炉对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头、钢轨轨腰和钢轨轨底进行加热。

优选的，步骤2)采用喷风盒对钢轨轨头的顶面和侧面分别进行喷风冷却。

优选的，所述喷风盒与钢轨轨头的顶面距离为18-25mm；所述喷风盒与钢轨轨头的侧面距离为20-40mm。进一步优选的，所述喷风盒与钢轨轨头的顶面距离为20-22mm；所述喷风盒与钢轨轨头的侧面距离为28-32mm。

优选的，步骤2)中停止喷风后，将钢轨轨头浸入液氮、丙三醇和松节油的混合液中25分钟，然后将钢轨轨头取出，空气冷却至室温。所述液氮、丙三醇和松节油的混合液中所述丙三醇的体积分数为10％，所述松节油的体积分数为5％。

优选的，步骤2)中当钢轨跟端锻压段的材质为U71Mn时，对其进行喷风的风压小于对U75V材质的钢轨跟端锻压段进行喷风的风压。该处理可有效避免生成偏析马氏体。

本发明的有益效果：

1、本发明提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，利用中频感应加热方法对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体加热，使钢轨轨头、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至850-950℃；然后对加热后的钢轨轨头进行喷风冷却，待钢轨轨头的温度降至350-500℃时停止喷风，冷却至室温。通过上述处理提高了钢轨轨头的淬火层深度，实现了钢轨轨头的全淬透,进而进一步提高了钢轨跟端锻压段的抗拉强度和硬度，且耐磨性能优异。

本发明通过对钢轨轨头、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体加热,并控制加热温度至850-950℃,可保证钢轨的加热温度均匀,如加热温度过高,容易导致钢轨过热,如加热温度过低容易导致钢轨轨头淬火层深度小,硬度低,且耐磨性能变差。

本发明提供的钢轨跟端锻压段的热处理方法在钢轨跟端锻压完成后采用中频感应加热的方法将钢轨跟端锻压段加热至850-950℃，然后对钢轨轨头部位进行喷风冷却，达到了钢轨正火细化晶粒消除内应力的目的，又对钢轨轨头进行淬火提高了钢轨轨头硬度，达到一次热处理将正火和淬火二合一，减少了一道热处理工序。

经过本发明热处理方法处理后的锻压跟端热影响区的宽度在30-70mm范围内，且最低点的硬度在280HBW以上，大大缩小了热影响区软化区的宽度，且钢轨跟端断面硬度分布均匀。

2、本发明提供的钢轨跟端锻压段的热处理方法，步骤2)所述喷风的风压为0.1-0.2MPa，在此风压下，可以有效提高钢轨跟端锻压段的抗拉强度和硬度。进一步的，所述喷风的风压为0.15-0.2MPa，在此风压下，进一步提高了钢轨跟端锻压段的抗拉强度和硬度。

3、本发明提供的钢轨跟端锻压段的热处理方法，通过调节对钢轨轨头的顶面和侧面的喷风的距离，可进一步提高对钢轨轨头的淬火效果，使钢轨轨头的抗拉强度和硬度进一步提高。

4、本发明提供的钢轨跟端锻压段的热处理方法，进一步的，步骤2)中停止喷风后，通过将钢轨轨头浸入液氮、丙三醇和松节油的混合液中25分钟，然后将钢轨轨头取出，空气冷却至室温，可进一步提高轨头的抗拉强度和硬度，经研究发现，如果混合液中只加入液氮和丙三醇，其轨头的抗拉强度和硬度会下降。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1钢轨轨头喷风装置示意图。

图2为本发明实施例6钢轨轨头全淬透示意图。

其中，1、第一喷风盒，2、第二喷风盒，3、第三喷风盒，4、钢轨轨头。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至850℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置(如图1所示)上，采用0.1MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至350℃时停止喷风，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为20mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为20mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为18mm。

实施例2

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至950℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.2MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至450℃时停止喷风，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为40mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为40mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为25mm。

实施例3

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U75V材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至920℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.15MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至500℃时停止喷风，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为32mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为32mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为22mm。

实施例4

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至880℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.13MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至400℃时停止喷风，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为28mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为28mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为20mm。

实施例5

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至900℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.15MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至430℃时停止喷风，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为30mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为30mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为20mm。

实施例6

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至900℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.15MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至430℃时停止喷风，将钢轨轨头4浸入液氮、丙三醇和松节油的混合液(所述液氮、丙三醇和松节油的混合液中所述丙三醇的体积分数为10％，所述松节油的体积分数为5％)中25分钟，然后将钢轨轨头4取出，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为30mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为30mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为20mm。

实施例7

本实施例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至900℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.15MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至430℃时停止喷风，将钢轨轨头4浸入液氮、丙三醇的混合液(所述液氮、丙三醇的混合液中所述丙三醇的体积分数为15％)中25分钟，然后将钢轨轨头4取出，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为30mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为30mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为20mm。

对比例1

本对比例提供一种钢轨跟端锻压段的热处理方法，包括如下步骤：

1)将U71Mn材质的钢轨跟端锻压段整体(包括钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底)送至感应加热炉中，对钢轨跟端锻压段的钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底进行整体中频感应加热，使钢轨轨头4、钢轨轨腰和钢轨轨底的温度至980℃，在加热过程中要保证钢轨跟端锻压段各部分受热均匀，所述感应加热炉中加热区域覆盖钢轨跟端锻压段整体；

2)将步骤1)加热后的钢轨跟端锻压段移动至喷风装置上，采用0.08MPa的风压对钢轨轨头4的顶面和侧面进行喷风冷却，待钢轨轨头4的温度降至100℃时停止喷风，通过空气自然冷却至室温；所述喷风装置包括三个喷风盒，其中第一喷风盒1和第二喷风盒2相对设置于钢轨轨头4的侧面，第三喷风盒3设置于钢轨轨头4的顶面，所述第一喷风盒1与钢轨轨头4的侧面距离为60mm，所述第二喷风盒2与钢轨轨头4的侧面距离为60mm，所述第三喷风盒3与钢轨轨头4的顶面距离为10mm。

试验例

对通过实施例1、2、5、6、7和对比例1的热处理的方法得到的钢轨跟端锻压段轨头进行力学性能和淬火层深度测试，其中拉伸试样规格为，直径d＝10mm，标距L＝5d。轨顶面硬度依据TB/T2344.3-2018标准在钢轨轨头的成型段、过渡段和热影响区部位取样，取样试样300mm长共4件，轨头顶面磨去0.5mm进行布氏硬度测试并计算平均值，其中成型段和过渡段硬度测试间距为100mm，AT段部分硬度测试间距为10mm，试验温度为20℃土5℃，以上试样取样方法和位置及尺寸按照TB/T2344.3-2018异型钢轨标准。淬火层深度测试试样规格为成型段、过渡段及热影响区部位的轨头，力学性能测试按照TB/T2344.3-2018异型钢轨中4.9部分标准进行测试，淬火层深度测试按照TB/T1799道岔钢轨件淬火技术条件标准进行测试。试验结果如下表所示，其中通过实施例6的方法处理得到的钢轨轨头，实现了轨头全淬透，其效果图如图2所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。