一种准确测定珠光体钢轨最佳热处理工艺的试验方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种准确测定珠光体钢轨最佳热处理工艺的试验方法，属于热处理工艺技术领域。
[0002]
【背景技术】
随着铁路运输逐步向高速、重载的发展，对钢轨的强度和轨头的硬度提出了更高的要求。通过钢轨热处理技术来提高钢轨的强度和踏面硬度是一种较为节能、经济的方法。热处理的温度、冷速、相变温度、时间与钢轨组织、硬度之间的对应关系研究是获得满足铁路热处理钢轨供货要求的技术关键。珠光体钢轨热处理工艺的技术要点主要有以下两个方面:一是冷速控制；二是温度控制；如公开号为CN101701284A的专利1、公开号为CN1034583A的专利2以及公开号为CN101016580A的专利3都是将轨头加热至一定温度范围，利用风冷装置将轨头冷却至某一较宽温度范围，有的再用雾冷装置继续冷却至某一温度范围，个别最后水冷。这几种专利的缺点是采用的热处理工艺的控制温度都较为宽泛，组织不易控制，同时采用先风冷的方法耗时长，无法适应现场的实际生产节奏。
【发明内容】
[0003]珠光体钢轨因化学成分的不同，热处理时最佳的冷却工艺或有差异，本发明的目的是通过实验室设备和合理实验方案的制定提供一种准确测定珠光体钢轨最佳热处理工艺的试验方法，为大工业生产提供合理的冷却工艺范围。
[0004]为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下:
1、利用Formastor-F型热膨胀仪测定珠光体钢轨的静态CCT曲线，确定其珠光体的临界冷速和过冷奥氏体的相变区间，为随后的试验方案设计提供冷速范围；
2、热模拟试验:根据步骤I的试验结果，在MMS-200热模拟试验机上模拟珠光体钢轨在线热处理工艺参数；
2.1连续冷却工艺
将珠光体钢轨加热到不同的奥氏体化温度，进行保温，以几个不同的冷速冷到室温，对每个工艺下的试样进行HRC硬度以及金相组织检测分析，得到了各冷速条件下硬度与组织的对应关系以及不同钢种的冷却特性；
2.2 二阶段冷却工艺
根据1、2.1的试验结果，按照现场生产节奏允许的时间要求，设计了二阶段冷却的工艺制度。将珠光体钢轨加热到不同的奥氏体化温度，进行一定时间的保温，以不同的冷速冷到几个不同的终冷温度进行不同时间的保温，后空冷，对每个工艺下的试样进行HRC硬度以及金相组织检测分析，确定珠光体钢轨的最佳的奥氏体化温度、冷却速度范围和终冷温度。
[0005]本试验方法解决的难点之一是通过合理的试验方法找出珠光体钢轨热处理过程中最佳的冷却工艺，即合理的工艺窗口，控制异常组织的出现，即相关标准规定的珠光体钢轨热处理后的组织中不能出现贝氏体或马氏体组织，且硬度满足相关标准。
[0006]本试验方法的特点是通过试验工艺的设计，在实现精确控制热处理温度和冷速的同时，实现硬度和组织准确测试，工艺能够满足现场生产的时间节奏，避免在大工业生产中调试钢轨热处理工艺参数的盲目性，可缩短试验周期，压缩试验成本，充分发挥设备的控冷能力。
[0007]本发明的优点是:采用先雾冷降温后风冷保温的工艺，通过本发明的方法，即利用全自动相变仪和热力模拟试验机代替常规的热处理炉试验和工业在线热处理试验手段或装置，通过自主设计试验方法，达到准确、快速获得珠光体钢轨最佳的热处理工艺，为该珠光体钢轨的工业生产提供工艺参数。该试验方法的可操作性强，方法简便，易于实现热处理的温度、冷速与钢轨硬度和组织之间的对应关系研究。
【具体实施方式】
[0008]以下结合实施例对本发明作进一步详细的说明:
实施例1:U75V珠光体钢轨
(I)利用Formastor-F型热膨胀仪测定U75V的静态CCT曲线，冷却速度(°C/s): 20、18、12、10、8、7、6、5、4、3、2、1、0.5、0.25，其珠光体的临界冷速为:7°(3/8，通过对各冷速下试样的金相显微组织观察以及显微硬度测试，初步确定试验的冷速范围:4-18°C/s。
[0009](2)在MMS-200热模拟试验机上进行连续冷却工艺和二阶段冷却工艺试验，并测定每一具体工艺下试样的HRC硬度和显微组织。
[0010]连续冷却工艺:将试样分别加热到温度为950°(3、900°(3、850°(3，保温10分钟后，分别以4-18°C/s冷却到室温;测定每一具体工艺下试样的HRC硬度和显微组织，得到了各冷速条件下硬度与组织的对应关系以及不同钢种的冷却特性。
[0011]二阶段冷却工艺:根据上两步试验结果和现场生产节奏允许的时间要求，设计了二阶段冷却的工艺制度。试验的工艺为:加热温度分别为950°C、900°C、850°C，保温1分钟，以4-18°C/s冷速作为试验的中线值分别冷却到450-620°C终冷温度，保温5-25分钟，再空冷，通过对试样进行HRC硬度以及金相组织检测分析，可以得到最佳的热处理工艺。奥氏体化温度为950°C和850°C时，硬度偏低。冷速大于15°C/s和终冷温度低于570°C，组织中容易出现异常组织贝氏体和马氏体，冷速小于8°C/s和终冷温度高于600°C，组织中铁素体含量较多，硬度不合。
[0012]所以U75V珠光体钢轨最佳工艺制度为:900°C保温10分钟，8-15°C/s冷速冷却到570-600°C，空冷。
[0013]实施例2:U76CrRE珠光体钢轨
(I)利用Formastor-F型热膨胀仪测定U76CrRE的静态CCT曲线，冷却速度(°C/s): 20、10、8、7、6、4、3、2、1、0.5，其珠光体的临界转变速度为:2°C/s，通过对各冷速下试样的金相显微组织观察以及显微硬度测试，初步确定试验的冷速范围:l-10°C/s。
[0014](2)在MMS-200热模拟试验机上进行连续冷却工艺和二阶段冷却工艺试验，并测定每一具体工艺下试样的HRC硬度和显微组织。
[0015]连续冷却工艺:将试样加热到900°C保温10分钟后，分别以2、4、6、8°C/s冷却到室温，将试样加热到950°C保温10分钟后，分别以l、2、3、4°C/s冷却到室温;测定每一具体工艺下试样的HRC硬度和显微组织，得到了各冷速条件下硬度与组织的对应关系以及不同钢种的冷却特性。
[0016]二阶段冷却工艺:根据上两步试验结果和现场生产节奏允许的时间要求，设计了二阶段冷却的工艺制度。试验的工艺为:加热温度分别为950°C、900°C，保温10分钟，以2-10°C/s冷速作为试验的中线值分别冷却到550-630°C终冷温度，保温5-25分钟，再空冷，通过对试样进行HRC硬度以及金相组织检测分析，可以得到最佳的热处理工艺。奥氏体化温度为950°C时，硬度偏低。冷速大于8°C/s和终冷温度低于590°C时，组织中容易出现异常组织贝氏体和马氏体，冷速小于4°C/s和终冷温度高于610°C，组织中铁素体含量较多，硬度不合。
[0017]所以U76CrRE珠光体钢轨最佳工艺制度为:900°C保温10分钟，6-10°C/s冷速冷却至Ij 590-610°C，空冷。
【主权项】
1.一种准确测定珠光体钢轨最佳热处理工艺的试验方法，其特征是: .1)利用Formastor-F型热膨胀仪测定珠光体钢轨的静态CCT曲线，确定其珠光体的临界冷速和过冷奥氏体的相变区间，为随后的试验方案设计提供冷速范围； .2)热模拟试验:根据步骤I的试验结果，在MMS-200热模拟试验机上模拟珠光体钢轨在线热处理工艺参数； .2.1)连续冷却工艺 将珠光体钢轨加热到不同的奥氏体化温度，进行保温，以几个不同的冷速冷到室温，对每个工艺下的试样进行HRC硬度以及金相组织检测分析，得到了各冷速条件下硬度与组织的对应关系以及不同钢种的冷却特性； .2)2 二阶段冷却工艺 根据1、2.1的试验结果，按照现场生产节奏允许的时间要求，设计二阶段冷却的工艺制度:将珠光体钢轨加热到不同的奥氏体化温度，进行一定时间的保温，以不同的冷速冷到几个不同的终冷温度进行不同时间的保温，后空冷，对每个工艺下的试样进行HRC硬度以及金相组织检测分析，确定珠光体钢轨的最佳的奥氏体化温度、冷却速度范围和终冷温度。
【专利摘要】本发明涉及一种准确测定珠光体钢轨最佳热处理工艺的试验方法，其特征是：利用Formastor-F型热膨胀仪测定珠光体钢轨的静态CCT曲线，确定其珠光体的临界冷速和过冷奥氏体的相变区间，为随后的试验方案设计提供冷速范围；根据上述试验结果，在MMS-200热模拟试验机上模拟珠光体钢轨在线热处理工艺参数；通过连续冷却工艺、二阶段冷却工艺，确定珠光体钢轨的最佳的奥氏体化温度、冷却速度范围和终冷温度。其优点是：利用全自动相变仪和热力模拟试验机代替常规的热处理炉试验和工业在线热处理试验手段或装置，快速获得珠光体钢轨最佳的热处理工艺，为该珠光体钢轨的工业生产提供工艺参数。
【IPC分类】G01N25/00
【公开号】CN105548235
【申请号】CN201510914353
【发明人】李智丽, 何建中, 贺景春, 杨维宇, 刘莉, 史文义, 白雅琼, 靳燕, 高峰
【申请人】内蒙古包钢钢联股份有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月10日