一种新轨头廓形钢轨及其生产方法与流程

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种新轨头廓形钢轨及其生产方法，尤其涉及一种具有与铁路轮部形面相匹配的钢轨轨头形面的60n新轨头廓形钢轨及其生产方法。

背景技术：

如图1所示，示出的是目前服役的60kg/m(60)钢轨的结构示意图，其采用对称结构设计，高度为48.5mm，宽度为73mm，钢轨基座两侧分别为两段圆弧设计，圆弧的半径分别为8mm和25mm。钢轨基座与顶部轮廓的延伸部位的连接处为一半径为2mm的圆弧，其顶部轮廓为对称的五段圆弧设计，中间圆弧的半径为300mm，该中间圆弧的宽度为20mm，从中间向两边的圆弧的半径分别为80mm和13mm。然而，使用该钢轨的轮轨形面是不匹配的，主要表现在轮轨接触光带不在设计的轨头踏面中心，而是偏向轨距角，如图2所示，对该60钢轨廓面进行仿真计算和分析(曲线半径为600m)，可见钢轨接触点在轨距角r13附近接触，这将造成钢轨轨距角剥离掉块甚至引发疲劳核伤，从而影响行车安全，并且造成轮轨磨损严重，影响使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明的一个方面提供一种新轨头廓形钢轨，由钢轨基座和顶部轮廓构成，其中所述钢轨基座为60钢轨基座，所述顶部轮廓为左右对称结构，具备七段圆弧，其中中间圆弧的半径为200mm，从中间向两边方向上的圆弧的半径分别为60mm、16mm和8mm。

上述顶部轮廓的宽度为73mm，中间圆弧的宽度为18mm，一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处与另一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处之间的距离为51.07mm。

本发明的另一方面提供了上所述的新轨头廓形钢轨的生产方法，其包括以下工艺：铁水预处理-转炉冶炼-lf炉精炼-vd真空脱气-连铸-铸坯硫印及低倍-轧制，其中：

所述铁水预处理工艺中铁水成分中p含量波动范围0.146％～0.148％，s含量0.051％；

所述转炉冶炼工艺中转炉终点采用中碳拉钢，转炉出钢碳含量范围在0.08％～0.11％，出钢p含量在0.009～0.013％；

所述vd真空脱气工艺中vd真空处理软吹时间大于15min，平均为19min，软吹后镇静时间21-35min，平均为28min；

所述连铸工艺中连铸钢水过热度在16℃-25℃之间，采用0.6m/min～0.7m/min的恒拉速；

所述轧制工艺中开轧温度控制1100～1130℃之间，加热制度为：均热段1100～1280℃，加热i段≤1200℃，加热ii段为1000～1300℃，预热段≤800℃，出炉温度为1080～1150℃；所述轧制工艺中孔型系统选择为1个箱型孔，1个梯形孔，3个帽型孔，3个轧型孔，3个万能孔，2个轧边，1个半万能孔的孔型系统；轧制道次分配为7～3～3，轧辊孔型配置斜度为2％～8％。

基于以上技术方案提供的新轨头廓形钢轨以传统60钢轨为基础设计，按照车轮形面重新设计钢轨轨头廓形，可实行轮轨形面匹配，延长了钢轨的使用寿命。并且设计出的新轨头廓形钢轨除了轨冠部位尺寸外，与60kg/m钢轨完全相同，具有很高的兼容性。

附图说明

图1为现有技术中存在的60钢轨的结构示意图；

图2为利用现有技术中的60钢轨的的接触点模拟效果图；

图3为本发明提供的60n钢轨的结构示意图；

图4为利用本发明提供的60n钢轨的接触点模拟效果图。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的内容。

实施例1：新轨头廓形钢轨

如图3所示，示出了本发明提供的新轨头廓形钢轨(60n钢轨)的断面结构示意图，可间其以60钢轨的基座为基础，不同之处在于其顶部轮廓具备七段圆弧，其中中间圆弧的半径为200mm，从中间向两边方向上的圆弧的半径分别为60mm、16mm和8mm。顶部轮廓的宽度仍为73mm，但中间圆弧的宽度缩小为18mm，一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处与另一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处之间的距离为51.07mm。该实施例提供的新轨头廓形钢轨以传统60钢轨为基础设计，按照车轮形面重新设计钢轨轨头廓形，可实行轮轨形面匹配，延长了钢轨的使用寿命。并且设计出的新轨头廓形钢轨除了轨冠部位尺寸外，与60kg/m钢轨完全相同，具有很高的兼容性。

实施例2：新轨头廓形钢轨的生产方法

本发明提供的新轨头廓形钢轨采用的铁水组分和现有技术中生产60钢轨的铁水组分相同，例如可采用u75v钢轨钢，具体生产工艺包括以下步骤：

1)铁水预处理：铁水成分中p含量波动范围0.146％～0.148％，s含量0.051％，p、s含量波动范围较小，可以满足冶炼要求。

2)转炉冶炼：转炉终点采用中碳拉钢，转炉出钢碳含量范围在0.08％～0.11％，出钢p含量在0.009～0.013％。

3)lf炉精炼：根据生产要求，lf采用中等碱度、强还原性精炼渣处理钢水，并根据就位钢水成分及温度，确定相关工艺参数进行处理，按要求达到了白渣操作的要求，离位钢水成分和温度满足vd处理要求。

4)vd真空脱气：vd真空处理软吹时间大于15min，平均为19min，软吹后镇静时间21-35min(要求大于10min)，平均为28min。

5)连铸：连铸钢水过热度在16℃-25℃之间，波动范围小，采用恒拉速(0.6m/min～0.7m/min)。成品化学成分及气体含量均满足tb/t2344-2012标准要求。

6)铸坯硫印及低倍：u75v钢轨钢经过冶炼、连铸后，每炉取一块连铸坯进行硫印检验，按铸坯验收标准评级，钢坯硫印检验结果均为0、1级，工艺控制稳定。

7)轧制

7.1)轨梁厂使用步进梁式加热炉加热钢坯，制定加热工艺要尽量保证较高的开轧温度，同时要防止因为温度过高产生过烧导致坯料报废。轧制过程中开轧温度控制1100～1130℃之间。具体加热制度见表1。

表1：钢坯加热制度℃

7.2)孔型系统选择

根据轨梁厂1#线各轧机生产工艺的特点，结合生产60kg/m钢轨的经验，确定选用1个箱型孔，1个梯形孔，3个帽型孔，3个轧型孔，3个万能孔，2个轧边，1个半万能孔的孔型系统。实践证明，该孔型系统轧制稳定，轧制节奏合理，变形分配得当，能保证产品质量。

7.3)孔型设计

根据60n钢轨结构特点，确定各孔型尺寸。

孔型设计特点如下：

1)采用普通钢轨的孔型设计方法，参考60钢轨设计经验设计60n孔型。

2)考虑60n和60钢轨的充天(即钢轨轨头的侧面圆弧处)和轨冠圆弧有所区别的特点，在孔型设计时，对轨冠部位的金属进行相应调整。

3)为了减少投资，考虑60钢轨和60n轨断面相近的特点，bd1和bd2孔型共用，只在ccs，ur和uf孔型跟60有所区别(道次与每道次的压下量)。

4)使不均匀变形集中在处于高温状态的前几个孔型。

5)充分利用现有规格的钢坯和生产条件，以降低生产成本。即轧制60n钢轨选用和60kg/m钢轨一样的坯料。

7.4)轧辊孔型配置

1)轧制道次分配

根据轧制钢轨的经验，60n钢轨轧制总道次为13道，轧制道次分配为7～3～3。

2)孔型配置特点

为减少轧辊车削量，配置斜度为2％～8％。

3)导卫装置的设计

跟60kg/m钢轨共用。

7.5)60n钢轨矫直孔型设计

考虑到腹、轨底、头宽、尺寸均和60钢轨一样，只需相应的调整轨冠的矫直工艺即可。

根据以上工艺获得了本发明提供的60n钢轨，即新轨头廓形钢轨。

实例1：

该实例采用上述实施例2获得的新轨头廓形钢轨进行轮轨接触点仿真计算和分析(曲线直径600m)，结果如图4所示，可见本发明新设计廓形钢轨60n钢轨在曲线半径为600m时，60n上股钢轨接触点明显居中，相对于60钢轨，在r600m、h70mm的曲线条件下，60n上股钢轨最大接触应力降低21％，mises应力降低9％。

实例2：

在直线条件下，21吨轴重货车以70km/h速度运行时，本发明提供的60n钢轨最大接触应力为1361mpa，而60kg/m钢轨最大接触应力则为1457mpa，相比降低7％，mises应力降低2％。

以上仿真计算结果证明了本发明提供的60n钢轨的轮轨接触点更趋于轨顶踏面中心区域，改善了轮轨接触状态，减少了接触应力，因此可以大大延长其使用寿命，并且能够有效保证行车安全。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。