專利名稱：含釩合金鋼軌的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼軌的熱處理技術(shù)，特別是一種對鋼軌軌頭熱處理的方法。
已有技術(shù)中，例如中國專利申請88105864.5和92113263.8，日本專利申請61-279626/86和美國專利申請3846183/74所公開的鋼軌熱處理方法，其技術(shù)方案均是對鋼軌軌頭直接施以快速強冷的熱處理方法。采用這些已有技術(shù)對合金鋼軌進行熱處理時，由于其中的合金元素對鋼的臨界冷速和淬透性的影響，將導(dǎo)致鋼軌熱處理硬化層內(nèi)出現(xiàn)貝氏體或馬氏體組織，尤其是硅、錳、釩在其偏析區(qū)容易形成較穩(wěn)定的奧氏體，在連續(xù)快速的冷卻過程中，這部分奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)不能轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，而是滯留到低溫區(qū)轉(zhuǎn)變成有害組織，例如貝氏體或馬氏體組織。
美國專利申請4714500/87所公開的一種熱處理方法，對鋼軌熱處理過程采取分段控制，可保證合金鋼軌在熱處理后其硬化層為金細珠光體組織，不出現(xiàn)貝氏體或馬氏體組織。但是，該技術(shù)方案的明顯不足是熱處理過程中第二步驟熱處理時間太長和第三步驟的再加熱，使含釩鋼軌中的V(C，N)大量析出沉淀。雖然這種方法有利于提高鋼軌強度，但是由于其中的V(C，N)大量析出和顆粒長大，將導(dǎo)致鋼軌塑韌性明顯降低，從而影響鋼軌在使用中的安全性。此外，該技術(shù)方案還存在熱處理時間長，生產(chǎn)效率低，工序多，控制復(fù)雜等缺點。
本發(fā)明的目的是提供一種用于含釩合金鋼軌的熱處理方法。采用本方法熱處理后的含釩合金鋼軌具有良好的塑韌性和高的強度；其方法的熱處理時間短，熱處理生產(chǎn)效率高，工藝簡單。
本發(fā)明根據(jù)其目的提出以下技術(shù)解決方案。
含釩合金鋼軌的熱處理方法，其步驟是，將含釩合金鋼軌保持在奧氏體溫度區(qū)的高溫范圍內(nèi)；用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，先將壓縮空氣噴向鋼軌頭部進行快冷，使軌頭以12.0～16.0℃/s的冷卻速度從770℃～730℃冷卻至630℃～590℃；再用壓縮空氣進行慢冷，使軌頭以1.0～2.0℃/s的冷卻速度從630℃～590℃冷卻至520℃～480℃；最后，用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌頭部進行快冷，使軌頭以14.0～20.0℃/s的冷卻速度從520℃～480℃冷卻至390℃～320℃。鋼軌冷卻過程為強、弱、強三段。
進一步的是，上述方法中的三段強制冷卻處理的時間和為96～120秒。
進一步的是，上述方法中，在強制冷卻處理鋼軌軌頭過程中，軌頭踏面的冷卻強度大于軌頭側(cè)面的冷卻強度，其冷卻強度的控制關(guān)系比為1.4～1.6∶1。
在強制冷卻處理過程中使軌頭從770℃～730℃快速冷卻至630℃～590℃，主要在于避免奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度的高溫區(qū)轉(zhuǎn)變成粗大珠光體，使鋼軌獲得較均勻的細珠光體組織；有意識縮短此步驟冷卻時間，還在于增長下一步驟的奧氏體的有效轉(zhuǎn)變時間，使奧氏體有充分的時間完成珠光體轉(zhuǎn)變。
使軌頭從630℃～590℃慢速冷卻至520℃～480℃，在于確保奧氏體有足夠的有效時間完全轉(zhuǎn)變成珠光體，以獲得全細珠光體組織。同時由于在其慢冷過程中有適量的V(C，N)析出，可以提高鋼軌強度。
使軌頭從520℃～480℃快速冷卻至390℃～320℃，在于避免V(C，N)的進一步析出沉淀和控制析出的V(C，N)顆粒長大，確保鋼軌在高的強度下獲得良好的塑韌性。同時，有利于控制鋼軌變形。
使軌頭踏面的冷卻強度大于軌頭側(cè)面的冷卻強度，在于使軌頭踏面的冷卻速度與軌頭側(cè)面的冷卻速度保持一致，以保證軌頭踏面、側(cè)面硬度均勻。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下明顯效果1、熱處理后的含釩合金鋼軌，不會因合金元素的作用而在鋼軌中產(chǎn)生對鋼軌使用性能有害的組織，例如貝氏體或馬氏體組織。
2、在熱處理過程中，可以有效地控制析出適量的V(C，N)，并且使析出的V(C，N)顆粒直徑在400埃以下；同時，可以減小珠光體團的平均弦長，進一步細化珠光體組織。
3、熱處理后的軌頭硬化層組織為全細珠光體組織，硬化層深度達15mm以上，硬度值達到HRC 44.0，從表至里遞減；鋼軌的抗拉強度σb1320～1420MPa、屈服強度σ0.2910～1020MPa、延伸率δ511～16％；不僅具有高的強度，而且具有良好的塑韌性。
4、軌頭各部位的硬度值對稱、均勻。
5、其熱處理時間短，效率高，工藝步驟簡單。
6、有利于控制鋼軌在熱處理過程中的變形。


圖1為本發(fā)明中三維噴嘴裝置與正在熱處理的含釩合金鋼軌的相對位置示意圖；圖2為含釩合金鋼軌中V(C，N)的未溶量與鋼軌沖擊韌性的關(guān)系；圖3為用本發(fā)明方法熱處理后的含釩合金鋼軌的強度與延伸率和面縮率的關(guān)系；圖4(a)和(b)為用本發(fā)明方法熱處理后的含釩合金鋼軌軌頭橫截面上洛氏硬度分布測試圖。
下面，就本發(fā)明的思想結(jié)合實施例作進一步說明。
用本發(fā)明熱處理的含釩合金鋼軌原料軌的化學(xué)成份(重量％)為0.70～0.82％C、0.50～1.00％Si、0.70～1.20％Mn、0.05～0.15％V、＜0.035％P、＜0.035％P，其于為鐵和其它微量元素。
實施例1采用的含釩合金鋼軌原料軌的主要化學(xué)成份(重量％)為0.81％C、0.78％Si、0.90％Mn、0.12％V。
將原料軌以設(shè)定的運行速度勻速進入加熱裝置，將軌頭加熱至920℃，隨后使軌頭自然空冷。當(dāng)軌頭空冷到740℃時，用配置在軌頭周圍的三維噴嘴裝置，將壓縮空氣噴向鋼軌，使軌頭以12.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至62 0℃；再用壓縮空氣緩慢冷卻鋼軌，使軌頭以1.0℃/s的冷卻速度冷卻至520℃；接著用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌，使軌頭以18.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至380℃。三段強制冷卻時間和為118秒。軌頭踏面與軌頭側(cè)面的冷卻強度的控制比為1.5∶1。熱處理后鋼軌硬化層深度為18mm，組織為金細珠光體，抗拉強度為σb1420MPa、屈服強度為σ0.21020MPa、延伸率為δ511％、常溫沖擊韌性為ak26J/cm2，軌頭橫截面硬度分布見圖4(a)。鋼軌沿長度方向的彎曲度為70mm/25m。
實施例2采用的含釩合金鋼軌原料軌的主要化學(xué)成份(重量％)為0.76％C、0.87％Si、0.95％Mn、0.09％V。
將原料軌以設(shè)定的運行速度勻速進入加熱裝置，將軌頭加熱至920℃，隨后使軌頭自然空冷。當(dāng)軌頭空冷到750℃時，用配置在軌頭周圍的三維噴嘴裝置，將壓縮空氣噴向鋼軌，使軌頭以13.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至620℃；再用壓縮空氣緩慢冷卻鋼軌，使軌頭以1.1℃/s的冷卻速度冷卻至520℃；接著用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌，使軌頭以16.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至360℃。三段強制冷卻時間和為110秒。軌頭踏面與軌頭側(cè)面的冷卻強度的控制比為1.5∶1。熱處理后鋼軌硬化層深度為18mm，組織為金細珠光體，抗拉強度為σb1380MPa、屈服強度為σ0.2975MPa、延伸率為δ513％、常溫沖擊韌性為ak 28J/cm2，軌頭橫截面硬度分布見圖4(b)。鋼軌沿長度方向的彎曲度為60mm/25m。
實施例3采用的含釩合金鋼軌原料軌的主要化學(xué)成份(重量％)為0.73％C、0.79％Si、0.90％Mn、0.06％V。
將原料軌以設(shè)定的運行速度勻速進入加熱裝置，將軌頭加熱至940℃，隨后使軌頭自然空冷。當(dāng)軌頭空冷到750℃時，用配置在軌頭周圍的三維噴嘴裝置，將壓縮空氣噴向鋼軌，使軌頭以15.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至600℃；再用壓縮空氣緩慢冷卻鋼軌，使軌頭以1.5℃/s的冷卻速度冷卻至480℃；接著用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌，使軌頭以18.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至330℃。三段強制冷卻時間和為98秒。軌頭踏面與軌頭側(cè)面的冷卻強度的控制比為1.5∶1。熱處理后鋼軌硬化層深度為15mm，組織為全細珠光體，抗拉強度為σb1340MPa、屈服強度為σ0.2925MPa、延伸率為δ516％、常溫沖擊韌性為ak34J/cm2，鋼軌沿長度方向的彎曲度為55mm/25m。
實施例4采用的含釩合金鋼軌原料軌的主要化學(xué)成份(重量％)為0.79％C、0.90％Si、0.89％Mn、0.11％V。
將原料軌以設(shè)定的運行速度勻速進入加熱裝置，將軌頭加熱至910℃，隨后使軌頭自然空冷。當(dāng)軌頭空冷到750℃時，用配置在軌頭周圍的三維噴嘴裝置，將壓縮空氣噴向鋼軌，使軌頭以13.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至620℃；再用壓縮空氣緩慢冷卻鋼軌，使軌頭以1.1℃/s的冷卻速度冷卻至510℃；接著用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌，使軌頭以15.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至360℃。三段強制冷卻時間和為120秒。軌頭踏面與軌頭側(cè)面的冷卻強度的控制比為1.5∶1。熱處理后鋼軌硬化層深度為18mm，組織為金細珠光體，抗拉強度為σb1400MPa、屈服強度為σ0.2990MPa、延伸率為δ512％。鋼軌沿長度方向的彎曲度為45mm/25m。
實施例5采用的含釩合金鋼軌原料軌的主要化學(xué)成份(重量％)為0.75％C、0.9 5％Si、1.05％Mn、0.07％V。
將處于奧氏體溫度區(qū)的含釩合金鋼軌，在750℃時用配置在軌頭周圍的三維噴嘴裝置，將壓縮空氣噴向鋼軌，使軌頭以15.0℃/s的冷卻速度快速冷卻至600℃；再用壓縮空氣緩慢冷卻鋼軌，使軌頭以1.4℃/s的冷卻速度冷卻至490℃；接著用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌，使軌頭以15.0℃/s的冷卻速度冷卻至340℃。三段強制冷卻時間和為100秒。軌頭踏面與軌頭側(cè)面的冷卻強度的控制比為1.5∶1。熱處理后鋼軌硬化層深度為18mm，組織為全細珠光體，抗拉強度為σb1350MPa、屈服強度為σ0.2950MPa、延伸率為δ513％、常溫沖擊韌性為ak30J/cm2，鋼軌沿長度方向的彎曲度為40mm/25m。
權(quán)利要求
1.含釩合金鋼軌的熱處理方法，其步驟是，將含釩合金鋼軌保持在奧氏體區(qū)的高溫范圍內(nèi)；本發(fā)明其特征在于，用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，先將壓縮空氣噴向鋼軌頭部進行快冷，使軌頭以12.0～16.0℃/s的冷卻速度從770℃～730℃冷卻至630℃～590℃；再用壓縮空氣進行慢冷，使軌頭以1.0～2.0℃/s的冷卻速度從630℃～590℃冷卻至520℃～480℃；最后，用配置在鋼軌頭部周圍的三維噴嘴裝置，將水噴向鋼軌進行強冷，使軌頭以14.0～20.0℃/s的冷卻速度從520℃～480℃冷卻至390℃～320℃。鋼軌冷卻過程為強、弱、強三段。
2.如權(quán)利要求1所說的含釩合金鋼軌的熱處理方法，其特征在于，三段強制冷卻處理的時間和為96～120秒。
3.如權(quán)利要求1所說的含釩合金鋼軌的熱處理方法，其特征在于，在冷卻處理鋼軌軌頭過程中，軌頭踏面的冷卻強度大于軌頭側(cè)面的冷卻強度，其冷卻強度的控制關(guān)系為1.4～1.6∶1 。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種含釩合金鋼軌的熱處理方法是，將含釩合金鋼軌保持在奧氏體區(qū)的高溫范圍內(nèi)；先用壓縮空氣快速冷卻軌頭；再用壓縮空氣緩慢冷卻軌頭；最后用水強冷軌頭。將鋼軌冷卻過程控制為強、弱、強三段。采用本發(fā)明熱處理后的含釩合金鋼軌具有良好的塑韌性和高的強度；且縮短了熱處理時間，提高了生產(chǎn)效率，同時具有工藝步驟簡單，過程控制容易等優(yōu)點。
文檔編號C21D9/04GK1155013SQ9611773
公開日1997年7月23日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者鄧建輝, 俞夢文, 顏東, 張昆吾, 蘇世懷, 張開華 申請人:攀枝花鋼鐵(集團)公司鋼鐵研究院