U75V重軌在線熱處理工藝關(guān)鍵技術(shù)的實驗研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，道路擁擠、環(huán)境壓力日益突出，運輸效率高、成本低、環(huán)境污染小的鐵路成為了世界各國交通運輸業(yè)發(fā)展的首選，特別是客運高速鐵路和貨運重載鐵路。我國具有幅員遼闊，人口眾多，耕地匱乏，先天生態(tài)環(huán)境相對脆弱等國情特點，這決定了中國必須建立以鐵路為基礎(chǔ)的高效運輸體系。進入新世紀以來，我國高速重載鐵路得到了飛速發(fā)展，這對作為鐵路重要組成部分的重軌提出了更高要求。目前，我國幾家重軌生產(chǎn)廠均裝備了具有國際先進水平的萬能軋機，重軌的尺寸精度能基

2、本滿足高速重載鐵路的使用要求?？墒?，隨著軋制速度的提高，冷卻時間增長，造成軋件晶粒長大明顯，耐磨性下降，沖擊韌性下降，表面氧化鐵皮增厚，冷卻后軋件彎增大等問題。提升產(chǎn)品質(zhì)量最可行也是最有效的方法是對重軌進行全長熱處理，而在現(xiàn)有條件下，投資小，又能全面提升重軌質(zhì)量的創(chuàng)新性技術(shù)是重軌在線熱處理技術(shù)。所以，國內(nèi)重軌廠自主開發(fā)重軌在線熱處理生產(chǎn)工藝已勢在必行。
　　本文根據(jù)某重軌廠提出的重軌在線熱處理設(shè)備及工藝開發(fā)意向，選擇目前用量最大的

3、U75V60kg/m重軌為研究對象，在實驗室環(huán)境下1∶1模擬其在線熱處理過程，并確定設(shè)備及工藝參數(shù)。論文的主要工作總結(jié)如下:
　　(1)選擇壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)，確定重軌在線熱處理實驗原理。首先，將重軌在加熱爐中加熱至與其萬能軋制成品道次出口溫度一致，模擬重軌熱軋狀態(tài);隨后，重軌出爐空冷一段時間，模擬其在冷床旁邊軌道的溫降;之后，將重軌拖入噴風(fēng)冷卻裝置對軌頭頂面和兩個側(cè)面進行冷卻;最后，將重軌拖出噴風(fēng)冷卻裝置放置于軌道上空冷，模擬

4、其在冷床上的冷卻。
　　(2)重軌在線熱處理實驗裝置設(shè)計:重軌加熱裝置設(shè)計，由輥底式加熱爐及保護氣體通道組成，負責將重軌加熱至奧氏體化狀態(tài)。壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計，負責為重軌熱處理提供壓縮空氣并經(jīng)冷卻后輸送至噴風(fēng)冷卻裝置。首先，根據(jù)噴風(fēng)冷卻裝置長度確定耗氣量，即:空壓機的排氣量;隨后，根據(jù)耗氣量配套相應(yīng)的水冷卻器;之后，根據(jù)噴風(fēng)冷卻裝置進氣需要設(shè)計分氣缸;最后，根據(jù)壓縮空氣系統(tǒng)安全和氣體平穩(wěn)輸送的需要設(shè)計相應(yīng)的管路及閥體。噴風(fēng)冷卻裝置設(shè)

5、計，是實驗裝置的核心部分，負責重軌頭部的冷卻，包括:風(fēng)箱設(shè)計，噴嘴設(shè)計，風(fēng)箱支架設(shè)計。輸送輥道設(shè)計，包括:輥道長度及托輥尺寸設(shè)計。
　　(3)實驗裝置安裝及調(diào)試:實驗裝置安裝完成后須對其進行調(diào)試，主要包括:加熱系統(tǒng)的溫度均勻性及保護氣體通道的通暢性;壓縮空氣系統(tǒng)的供氣能力及水冷卻器的冷卻能力;噴風(fēng)冷卻裝置的安裝位置及風(fēng)箱位置的調(diào)節(jié);整個裝置的安全性和氣密性。
　　(4)通過熱模擬實驗觀察U75V重軌鋼在不同冷卻速度下的組織，

6、為重軌熱處理獲得細片狀珠光體提供冷卻速度參考;根據(jù)膨脹法繪制U75V重軌鋼的CCT曲線，確定珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，為重軌熱處理開冷溫度和終冷溫度的設(shè)定提供依據(jù);通過對不同保溫時間下重軌組織觀察，確定重軌保溫時間和加熱后奧氏體晶粒度。
　　(5)通過對U75V60kg/m重軌1∶1在線熱處理實驗，確定設(shè)備參數(shù)對硬化層厚度及硬度的影響:通過調(diào)整噴嘴離軌頭表面的距離，用熱像儀記錄熱處理前后重軌表面溫度場的變化，觀察噴風(fēng)距離對熱處理硬化層厚

7、度和硬度的影響;通過改變壓縮空氣溫度，用熱像儀記錄熱處理前后重軌表面溫度場的變化，觀察噴風(fēng)溫度對熱處理硬化層厚度和硬度的影響，確定噴風(fēng)距離及噴風(fēng)溫度兩個設(shè)備參數(shù)。
　　(6)通過調(diào)節(jié)重軌在噴風(fēng)冷卻裝置中停留的時間，用熱像儀記錄熱處理前后重軌表面溫度場的變化，研究噴風(fēng)時間對熱處理硬化層厚度和硬度的影響，確定U75V60kg/m重軌熱處理合適的噴風(fēng)時間。
　　(7)通過調(diào)節(jié)風(fēng)箱中壓縮空氣壓力，用熱像儀記錄熱處理前后重軌表面溫度場

8、的變化，研究噴風(fēng)壓力對熱處理硬化層厚度和硬度的影響，確定U75V60kg/m重軌熱處理合適的噴風(fēng)壓力。
　　(8)利用熱像儀記錄的不同工藝下熱處理前后重軌表面的溫度場，計算軌頭不同部位熱處理時的平均冷卻速度。可知，當設(shè)備參數(shù)固定時，影響重軌熱處理性能的最主要參數(shù)為噴風(fēng)壓力。所以，作者利用透射電鏡觀察了熱處理后重軌的組織形貌，并用電子探針線掃描較精確的測量了軌頭不同部位的珠光體片層間距。通過對不同工藝下重軌的硬度、抗拉強度、沖擊韌性

9、進行測量，確定了U75V60kg/m熱處理工藝-組織-性能的關(guān)系。
　　(9)根據(jù)實驗確定的合理的熱處理工藝參數(shù)，對4m長重軌進行熱處理實驗，測定熱處理后空冷過程中重軌的彎曲，同時，對重軌的殘余應(yīng)力進行了分析。另外，研究了合金元素對U75V60kg/m重軌的影響，特別是V的分布和對重軌的強化作用。
　　本文以U75V60kg/m為研究對象，確定了其在線熱處理設(shè)備及工藝參數(shù)。熱處理后重軌性能高于鐵道行業(yè)標準“熱處理鋼軌技術(shù)條件