[发明专利]钢轨热处理的方法和设备

说明书

本发明涉及生产具有多种强度等级的钢轨之热处理的方法和设备，它是采用将钢轨自热轧或为了进行热处理而加温后的奥氏体状态之温度范围进行冷却而达到的。

铁路运输中日益增加的重负荷和高速度造成轨头迅速磨损和疲劳，因而对具有高抗磨损、抗损伤特性的钢轨以及对具有从中等强度（HV＞320）到高强度（HV＞360）的各种强度等级钢轨的需要量不断增加。

正如研究所证实，对具有细珠光体结构的钢轨的需要量已经大大增加，众所周知，这种类型的钢轨具有极好的抗磨损，抗损坏特性。

作为现有技术在日本未审查的专利№140316/1975中介绍了一种合金钢轨。这种钢轨由合金钢制成。该合金钢在碳钢中添加了硅、锰、镍、铬、钼和钛等元素，轧制后即可使用。

日本已批准的专利№23885/1980介绍了另一种下面加以描述的钢轨。这种钢轨不故意添加任何合金元素，但这种钢轨的头部被重新加温至很高的温度，并从预定的温度范围开始，以一定的冷却速度通过一个固定的温度区域，以此对轨头进行冷却。

然而这些现有的钢轨具有下述缺点

前面所述的第一种钢轨，在其成分中添加了合金元素，而这些元素通常都比较昂贵，所以造成钢轨的价格上升。

上述的第二种钢轨，采用冷却介质如水或气体喷向加热到高温的钢轨头部，由此对高温的轨头施以强制冷却。这种方法只能生产具有一定强度的钢轨而不适于生产具有多种不同强度等级的钢轨。在这种强度等级钢轨的生产中，材料中的碳和其它合金元素的含量在炼钢在程中是波动的，而正是碳和合金元素基本上确定了钢轨的强度等级，而这种波动在现有技术中无法补偿，因此不可能应用现有技术获得所要求的强度等级的钢轨。

本发明的目的之一是提供一种钢轨的热处理方法，该方法适于生产具有从中等强度到高强度各种不同强度等级的钢轨，并具有要求的特性，如抗磨损、抗损坏的特性。

本发明的另一目的是提供一种适于生产具有多种不同强度等级钢轨的热处理方法，该法可以使钢轨头部的整个横截面上具有均匀的特性，如抗磨损、抗损坏特性。

本发明还有一个目的是提供一个实现本发明方法的设备，更具体地说是一个供热轧钢轧使用的节省能源的热处理设备。它具有一个很短的冷却区，因此只须要很小的安装空间。

本发明提供了一种能得到从中等硬度到高硬度多种不同硬度等级钢轨的钢轨热处理方法，该方法包括上列步骤：制备好一根温度保持在不低于奥氏体区的高温范围内的钢轨，在钢轨头部周围配置喷嘴装置，使其可以将气体冷却介质喷向钢轨的头部;根据钢轨头部所要求的硬度等级及此钢轨材料中的碳当量确定喷嘴装置和钢轨头部之的距离;移动喷嘴装置以获得喷嘴装置和钢轨头部之间所要求的距离;将气体冷却介质以预定的流率喷射轨头达一预定的时间冷却轨头，从而在轨头获得要求的硬度等级。

碳当量C由下述公式给出

（C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+MO/4+N/14）

以本发明的方法处理过的钢轨具有稳定的珠光体组织，这种钢轨的钢材主要含有（按重量）0.55～0.85%的碳，0.20～1.20%的硅，0.50～1.50%的锰，其余的是铁和一些杂质。也可以按重量加入0.20～0.80%的铬。并且至少可以在铌、钒、钛、钼、铜和镍中选出一种加到其成分中。

在本发明方法的最佳形式中，冷却是以可控制的方式用三维喷嘴来实现的，该喷嘴可以在三个方向独立地以恒定的速率将冷却介质（空气、氮气或其它介质）喷向轨头的顶面和两个侧面。用过的气体冷却介质从轨头的两个侧量角和两个根部排出。采用这种方法可以在轨头的所有部分，包括顶面、测量角、侧面和口下表面获得均匀的硬度。而且能防止过度硬化或形成不希望的组织，如避免在测量角处因容易过度冷却而形成贝氏体。

另一方面，本发明提供一种实现本发明所述钢轨热处理方法的设备，该方法可获得具有从中等到高硬度等级的多种不同硬度等级的钢轧。该设备包括：

传送所述钢轧的传送机构：

一个轨头冷却装置，它具有许多喷嘴，这些喷嘴排列于所述钢轨头部的周围，使气体冷却介质喷到所述钢轨的头部。

安置在传送机构下方的钢轨底部冷却装置，使所述气体冷却介质喷向钢轨的底面;

其中轨头冷却装置可以移动，以改变所述喷嘴与钢轨头部之间的距离。

图1为第一实施例的侧视图，它用于实现按本发明的热处理方法的第一个实施例的冷却装置;