[发明专利]一种降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的热处理方法

说明书

本发明公开了一种降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，包括将热轧后的钢轨轨头进行分段加速冷却热处理：开始冷却温度控制为720‑860℃，第一阶段轨头冷却速度5‑8℃/s，冷却时间20‑35s；随后进行第二阶段冷却，该阶段采用循环周期式冷却，即先对轨头加速冷却，冷却速度3‑6℃/s，冷却时间6‑10s，再停止加速冷却，钢轨自然放置2‑5s，此为一个冷却周期，通过不断的循环此冷却周期，待轨头温度降至300‑450℃时，停止加速冷却，随后对轨头保温10‑20min，最后自然冷却至室温。该方法得到的钢轨，全断面的室温金相组织为细片状珠光体和少量铁素体，疲劳裂纹扩展速率可以控制在5‑8m/Gc(△K＝10MPa·m^0.5)和14‑18m/Gc(△K＝13.5MPa·m^0.5)，可应用于客运及客、货混运等多种线路，提高钢轨使用寿命和行车安全。

技术领域

本发明涉及在线热处理钢轨生产技术领域，尤其涉及一种降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的热处理方法。

背景技术

随着我国铁路向着客运高速化、货运重载化的快速发展，钢轨磨耗和疲劳伤损等问题显著增多，严重影响了钢轨使用寿命和行车安全。在线热处理钢轨能有效提高钢轨的耐磨性能和抗疲劳性能，满足重载铁路和小半径曲线铁路等恶劣条件下的使用要求，提高钢轨使用寿命。

目前国内外钢轨厂家基本都采用了在线热处理工艺来生产热处理钢轨，利用热轧后钢轨的余温，对钢轨轨头进行在线的加速冷却处理，以获得更细片层结构的珠光体组织，提高钢轨的强度和硬度，达到钢轨强化目的。与自然冷却相比，加速冷却温降速度更快，组织转变速度快，转变温度低，由温度梯度和晶格畸变引起的内部微应力也更高，同时热处理钢轨强度和硬度提高的同时，一定程度上也导致材料裂纹扩展更快。因此，目前在线热处理钢轨的疲劳裂纹扩展速率要高于普通热轧钢轨。疲劳裂纹扩展速率是衡量钢轨裂纹萌生和扩展速度的重要指标，直接关系到钢轨使用寿命和行车安全，针对目前热处理钢轨疲劳裂纹扩展速率过高的问题，以及随之带来的行车安全隐患，亟需一种能有效降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的生产方法。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，该方法制备的钢轨全断面的室温金相组织为细片状珠光体和少量铁素体，疲劳裂纹扩展速率可以控制在5-8m/Gc(△K＝10MPa·m^0.5)和14-18m/Gc(△K＝13.5MPa·m^0.5)，可应用于客运及客、货混运等多种线路，提高钢轨使用寿命和行车安全。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，包括将热轧后的钢轨轨头进行分阶段的加速冷却热处理，具体为：开始冷却温度控制为720-860℃，第一阶段轨头冷却速度为5-8℃/s，冷却时间为20-35s；随后进行第二阶段冷却，该阶段采用循环周期式冷却，即先对轨头加速冷却，冷却速度为3-6℃/s，冷却时间为6-10s，再停止加速冷却，钢轨自然放置2-5s，此为一个冷却周期，通过不断的循环此冷却周期，待轨头温度降至300-450℃时，停止加速冷却，随后对轨头进行保温处理，保温时间为10-20min，最后自然冷却至室温。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的降低钢轨疲劳裂纹扩展速率的热处理方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述的开始冷却温度控制为740-820℃，第一阶段轨头冷却速度为6-7℃/s，冷却时间为25-30s；随后进行第二阶段冷却，该阶段采用循环周期式冷却，即先对轨头加速冷却，冷却速度为4-5℃/s，冷却时间为7-9s，再停止加速冷却，钢轨自然放置3-4s，此为一个冷却周期，通过不断的循环此冷却周期，待轨头温度降至320-430℃时，停止加速冷却，随后对轨头进行保温处理，保温时间为13-16min，最后自然冷却至室温。

作为上述技术方案的改进，所述轨头温度是指踏面中心部位表面的温度。