专利名称：钢轨及其生产方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种钢轨以及该钢轨的生产方法。
技术背景随着铁路运输的发展，火车的运行速度不断提高，大多数线路的车速都达到90km/h以上 。当车速超过90km/h时，影响钢轨使用寿命的主要因素不再是磨损，而是接触疲劳伤损。接 触疲劳伤损会导致断轨，造成翻车事故。由于钢轨的接触疲劳伤损严重危及行车安全，因此 必须开发出抗接触疲劳伤损性能优良的钢轨。要提高钢轨抗接触疲劳伤损性能，需要在适当 保证钢轨抗拉强度的基础上提高钢轨的韧性。现有的钢轨是通过万能轧机将含碳量为O. 70% 0. 82%的连铸钢坯轧制成钢轨，并对钢 轨实施在线热处理，使处于奥氏体状态的钢轨组织通过淬火冷却转变为珠光体，从而提高钢 轨的强度和韧性。该类钢轨强度较高，耐磨性好，适合在磨损突出的低速、小半径曲线路段 使用。但在车速较快的直线路段或大半径曲线路段上，钢轨的接触疲劳伤损相对于磨损更为 突出，但由于此类钢轨的抗接触疲劳伤损性能不佳，钢轨表面容易产生接触疲劳裂纹伤损， 对行车安全造成隐患。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种适合在快速直线和大半径曲线路段上使用的抗 接触疲劳伤损性能好的钢轨及该钢轨的生产方法。解决上述技术问题所使用的技术方案是钢轨，化学成分为〔=0.61% 0.73%， Si = 0. 20% 0. 50%， Mn = 0. 80% 1. 30。/。以及平衡量的Fe和其他微量元素，其抗拉强度Rm》 1080MPa，断裂韧性KK:2;45 MPa m1/2。该钢轨的生产方法，包括对轧制成型后的钢轨实施在线热处理，其中，同时对钢轨的轨 头、轨腰、轨底进行淬火冷却。进一步的是，使用压縮空气对钢轨进行淬火冷却。进一步的是，压縮空气的压力》0.02 MPa，《0.08MPa。进一步的是，钢轨轨头的淬火冷却强度大于钢轨轨腰、轨底的淬火冷却强度。 进一步的是，在轨头的踏面上方分别沿钢轨的长度方向设有三排喷嘴，在轨头的两侧面 各设有分别沿钢轨的长度方向设置的两排喷嘴，在轨腰的两侧面各设有沿钢轨的长度方向设 置的一排喷嘴，在轨底下方沿钢轨的长度方向设有一排喷嘴对钢轨实施淬火冷却。进一步的是，淬火冷却前钢轨的温度为740°C 800°C ，淬火冷却时间为110秒 120秒。 本发明的有益效果是本发明的钢轨，其抗拉强度Rm》1080MPa，屈服强度Ro.2P》 750MPa，延伸率A》12X，断裂韧性Kn^45 MPa m1/2，钢轨的裂纹萌生速率和裂纹扩展速 率低于现有钢轨，并在实际使用时表现出良好的抗接触疲劳伤损性能和综合使用效果该钢 轨在平均车速为160km/h、年运量为9000万吨，曲线半径为10km的线路上使用一年后，钢轨 的侧磨和垂磨均小于1.0mm，且钢轨表面未出现接触疲劳裂纹，表面光亮。本发明生产钢轨的方法，通过同时对钢轨的轨头、轨腰、轨底进行淬火冷却，可提高钢 轨轨腰和轨底的强度，由此可提高钢轨的整体强度；同时对钢轨的轨头、轨腰、轨底进行淬 火冷却可降低轨头、轨腰和轨底的温度差，有效控制钢轨在热处理冷却过程中的变形量，减 小钢轨的弯曲变形，降低钢轨的残余应力，进一步提高钢轨的性能，使钢轨达到抗拉强度 R鹏》1080MPa，断裂韧性KK》45 MPa m1/2，并具有良好的综合使用性能。
图1为对本发明钢轨进行淬火冷却的示意图。图2为实施例1对本发明钢轨进行淬火冷却后轨头硬化层硬度分布图。 图3为实施例2对本发明钢轨进行淬火冷却后轨头硬化层硬度分布图。 图中标记为轨头l，轨腰2，轨底3，喷嘴4，喷嘴5，喷嘴6，喷嘴7，喷嘴8，喷嘴9， 喷嘴IO，喷嘴ll，喷嘴12。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。本发明的钢轨，化学成分为C二O. 61% 0. 73%， Si = 0. 20% 0. 50%， Mn = 0. 80% 1. 30。/。以及平衡量的Fe和其他微量元素，其抗拉强度Rm》1080MPa，断裂韧性IdcSs45 MPa 1/2m 。上述钢轨的生产方法，如图l，包括对轧制成型后的钢轨实施在线热处理，其中，同时 对钢轨的轨头l、轨腰2、轨底3进行淬火冷却。为了保证钢轨淬火冷却时的冷却速度均匀，以得到要求的全细珠光体组织，从而使钢轨 在使用中避免剥离掉块伤损，采用压縮空气对钢轨进行淬火冷却。为了避免钢轨的淬火冷却速度过快而产生贝氏体或马氏体等有害组织，压縮空气的压力 》0.02 MPa，《0.08MPa。由于轨头1的横断面积大于轨腰2和轨底3，故轨头1的热容量大于轨腰2和轨底3。如果轨 头1和轨腰2、轨底3的冷却强度相同，则轨头1的冷却速度就会低于轨腰2和轨底3，轨头l也 就得不到要求的组织和性能。如图l，为了保证轨头l得到要求的组织和性能。轨头l的淬火 冷却强度大于轨腰2、轨底3的淬火冷却强度。为了保证头1的淬火冷却强度大于轨腰2、轨底3的淬火冷却强度，如图l，在轨头l的踏 面上方分别沿钢轨的长度方向设有三排喷嘴4、 5、 6，在轨头l的两侧面各设有分别沿钢轨的 长度方向设置的两排喷嘴7、 8和9、 10，在轨腰2的两侧面各设有沿钢轨的长度方向设置的一 排喷嘴11和12，在轨底3下方沿钢轨的长度方向设有一排喷嘴13对钢轨实施淬火冷却。为了在钢轨淬火冷却后得到晶粒度更细的珠光体组织，提高钢轨的强度和韧性，淬火冷 却前钢轨的温度为740°C 800°C ，淬火冷却时间为110秒 120秒。其中，上述的每排喷嘴均由多个沿钢轨的长度方向间隔设置的喷嘴组成。当钢轨进行淬 火冷却时，钢轨沿其长度方向匀速的通过喷嘴，从而进行快速的冷却。每排喷嘴的数量根据 钢轨的淬火冷却时间、钢轨的运动速度来决定，即通过钢轨的运动速度和必须达到的冷却时 间计算出喷嘴的数量。实施例l钢轨，化学成分为C二O. 63%、 Si = 0.22%、 Mn = 1.05%、 Fe = 97. 95%以及其他微量元 素O. 15%。该钢轨通过万能轧机热轧成型后，再利用热轧后的余热进行在线热处理，对钢轨 进行淬火冷却。钢轨进行淬火冷却前的温度为75(TC，淬火冷却时间110秒，在淬火冷却时同 时对钢轨的轨头l、轨腰2、轨底3进行淬火冷却。通过同时对钢轨的轨头l、轨腰2、轨底3进 行淬火冷却，在保证轨头1得到要求的组织和性能的条件下，可提高轨腰2和轨底3的强度， 由此可提高钢轨的整体强度；同时对钢轨的轨头l、轨腰2、轨底3进行淬火冷却可降低轨头 1、轨腰2和轨底3的温度差，有效控制钢轨在热处理冷却过程中的变形量，减小钢轨的弯曲 变形，降低钢轨的残余应力，进一步提高钢轨的使用性能。其中，轨头1的淬火冷却强度大于轨腰2、轨底3的淬火冷却强度，这样可保证轨头l、轨 腰2、轨底3冷却速度相同。如图l，在轨头1的踏面部位设置三排喷嘴4、 5、 6，在轨头l的两 侧面各设置两排喷嘴7、 8和9、 10，在轨腰2的两侧面各设置一排喷嘴11和12，在轨底3下方 设置一排喷嘴13对钢轨实施淬火冷却。其中，压縮空气的压力为0.075MPa。如图2，通过上述方法对钢轨进行淬火冷却后轨头硬化层硬度分布图。该钢轨淬火冷却 后的屈服强度Ro.2P为750MPa，抗拉强度Rm为1100MPa，延伸率A为12. 5%，断裂韧性Idc为 備Pa m1/2。 钢轨，化学成分为C = 0. 72%、 Si = 0. 31%、 Mn = 1.25%、 Fe = 97. 54%和0. 18%的其他微量元素。该钢轨通过万能轧机热轧成型后，再利用热轧后的余热进行在线热处理，对钢 轨进行淬火冷却。钢轨进行淬火冷却前的温度79(TC，淬火冷却时间118秒，在淬火冷却时同 时对钢轨的轨头l、轨腰2、轨底3进行淬火冷却。其中，轨头1的淬火冷却强度大于轨腰2、轨底3的淬火冷却强度。如图l，在轨头l的踏 面部位设置三排喷嘴4、 5、 6，在轨头1的两侧面各设置两排喷嘴7、 8和9、 10，在轨腰2的两 侧面各设置一排喷嘴11和12，在轨底3下方设置一排喷嘴13对钢轨实施淬火冷却。其中，压 縮空气的压力为0.08MPa。如图3，通过上述方法对钢轨进行淬火冷却后轨头硬化层硬度分布图。该钢轨淬火冷却 后的屈服强度Ro.2P为790MPa，抗拉强度Rm为1130MPa，延伸率A为12.0X，断裂韧性Idc为 偏Pa m1/2。
权利要求
1.钢轨，化学成分为C＝0.61％～0.73％，Si＝0.20％～0.50％，Mn＝0.80％～1.30％以及平衡量的Fe和其他微量元素，其抗拉强度Rm≥1080MPa，断裂韧性KIC≥45MPa·m1/2
2.权利要求l的钢轨的生产方法，包括对轧制成型后的钢轨实施在线 热处理，其特征是同时对钢轨的轨头(1)、轨腰(2)、轨底(3)进行淬火冷却。
3.如权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征是使用压縮空气对钢轨进行淬火冷却。
4.如权利要求3所述的钢轨的生产方法，其特征是压縮空气的压力 》0.02 MPa，《0.08MPa。
5.如权利要求2 4中任意一项权利要求所述的钢轨的生产方法，其 特征是轨头(1)的淬火冷却强度大于轨腰(2)、轨底(3)的淬火冷却强度。
6.如权利要求5所述的钢轨的生产方法，其特征是在轨头(1)的 踏面上方分别沿钢轨的长度方向设有三排喷嘴(4、 5、 6)，在轨头(1)的两侧面各设有分 别沿钢轨的长度方向设置的两排喷嘴(7、 8)和(9、 10)，在轨腰(2)的两侧面各设有沿 钢轨的长度方向设置的一排喷嘴(11)和(12)，在轨底(3)下方沿钢轨的长度方向设有 一排喷嘴(13)对钢轨实施淬火冷却。
7.如权利要求6所述的钢轨的生产方法，其特征是淬火冷却前钢轨 的温度为740°C 800°C ，淬火冷却时间为110秒 120秒。
8.如权利要求2 4中任意一项权利要求所述的钢轨的生产方法，其 特征是淬火冷却前钢轨的温度为740°C 800°C ，淬火冷却时间为110秒 120秒。
全文摘要
本发明公开了冶金领域中一种抗接触疲劳伤损性能好的钢轨及该钢轨的生产方法。本发明的钢轨，化学成分为C＝0.61％～0.73％，Si＝0.20％～0.50％，Mn＝0.80％～1.30％以及平衡量的Fe和其他微量元素，其抗拉强度R<sub>m</sub>≥1080MPa，断裂韧性KIC≥45MPa·m<sup>1/2</sup>。该钢轨在实际使用时表现出良好的抗接触疲劳伤损性能和综合使用效果。本发明钢轨的生产方法，包括对轧制成型后的钢轨实施在线热处理，其中，同时对钢轨的轨头、轨腰、轨底进行淬火冷却。通过同时对钢轨的轨头、轨腰、轨底进行淬火冷却，使钢轨达到抗拉强度R<sub>m</sub>≥1080MPa，断裂韧性K<sub>IC</sub>≥45MPa·m<sup>1/2</sup>。
文档编号C22C38/04GK101148736SQ200710202530
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月14日 优先权日2007年11月14日
发明者吴雄先, 权 徐, 梅东生, 王飞龙, 邓建辉, 明 邹, 华 郭 申请人:攀枝花钢铁(集团)公司