一种改善美标钢轨轨头贝氏体异常组织的热处理工艺

技术领域

本发明涉及冶金、热处理技术领域，尤其涉及一种改善美标钢轨轨头贝氏体异常组织的热处理工艺。

背景技术

随着热处理钢轨强度不断增加，钢轨性能余量逐渐减少，要求对钢轨热处理过程实现精细化控制，才能保证钢轨性能和组织的稳定。对于高碳珠光体钢轨热处理过程来讲，利用钢轨轧制后的余热，通过对钢轨喷雾或喷压缩空气连续冷却直接得到细片状珠光体组织，即所谓的欠速淬火SQ工艺——将奥氏体状态的钢轨连续冷却，得到细片状珠光体组织的欠速淬火工艺，达到强化钢轨性能的目的。使用的淬火介质基本可以分为风介质、水+风介质及机械混合液介质，除机械混合液外，其他淬火介质换热频率与钢轨冷速均存在一定的线型关系，即淬火介质的压强、流速越大，钢轨的表面冷速越大，对应钢轨的力学性能相对越强。高强度钢轨的性能满足要求，不仅是对力学性能的要求，同时组织也应满足珠光体组织+少量铁素体组织的要求。在钢轨强度级别较大的钢轨中，钢轨组织和性能受多因素影响，通过热处理工艺参数的调整，可以实现力学性能的满足，但高级别钢轨淬火中易在钢轨轨头踏面脱碳层内出现异常组织，如贝氏体和马氏体组织，造成使用中剥离掉块，不仅不能延长钢轨使用寿命还影响行车安全，工艺控制难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善美标钢轨轨头贝氏体异常组织的热处理工艺，本发明通过热处理工艺参数控制，消除美标热处理钢轨淬火过程中轨头踏面出现贝氏体异常组织的情况，同时钢轨力学性能满足标准要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种改善美标钢轨轨头贝氏体异常组织的热处理工艺，包括：淬火介质为风介质，淬火工艺采用分段控制方式进行冷却，风介质强度为先弱冷后持续强冷方式，淬火温度730-750℃，淬火总时间为116s，第一段控制风压6-7KPa，第二段控制风压8-9KPa，第三段控制风压10-11Kpa，美标350HB等级在线热处理钢轨临界冷速小于3℃/s，该钢轨等温转变曲线的“鼻尖温度”为570℃；工艺重点控制淬火过程中第二段强冷风压的介入时间和出口温度，温度高于材料等温转变曲线的“鼻尖温度”20-50℃，对于美标350HB等级在线热处理钢轨强冷风压介入控制温度620-550℃，出口温度480±10℃。

进一步的，淬火工艺的第一段时间为15-40s。

进一步的，淬火工艺的第二段时间为15-40s。

进一步的，淬火工艺的第三段时间为30-80s。

进一步的，进入淬火线入口温度750℃，热处理风冷过程分为三段，第一段热处理风压6Kpa，淬火时间30-40s,第一段终冷温度610℃，随后采用强冷风压进行冷却，第二段热处理风压8KPa，淬火时间30-40s,第二段终冷温度580℃，第三段热处理风压10KPa，淬火时间35-50s,控制出口温度480±10℃。

进一步的，进入淬火线入口温度730℃，热处理风冷过程分为三段，第一段热处理风压7Kpa，淬火时间30-40s,第一段终冷温度600℃，随后采用强冷风压进行冷却，第二段热处理风压9KPa，淬火时间30-40s,第二段终冷温度570℃，第三段热处理风压9KPa，淬火时间35-50s,控制出口温度480±10℃。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明通过热处理工艺参数控制，消除钢轨热处理淬火过程中脱碳层内易于产生异常组织的情况，同时钢轨力学性能满足标准要求。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明专利实施前钢轨轨头踏面中的异常组织；

图2为本发明专利实施后钢轨轨头踏面中的正常组织。

图3为本发明专利实施后钢轨中的正常组织。

具体实施方式

本发明通过热处理工艺参数控制，消除美标钢轨热处理淬火过程中轨头产生贝氏体异常组织的热处理工艺。

以下实施例中以美标350HB等级在线热处理钢轨为例进行说明，本发明提供的方法仅涉及连铸坯之后的热处理工艺，因此对美标350HB等级在线热处理钢轨的原料成分不做限制，只要按照常规的生产美标350HB等级在线热处理钢轨的原料化学成分准备铁水进行生产即可。本领域技术人员也应当理解，本发明并不限于美标350HB等级在线热处理钢轨，其他以珠光体组织转变为最终转变产物的钢轨也适用于本办法。

对比例1：

美标350HB等级在线热处理钢轨化学成分见AREMA-2019标准中碳素钢化学成分。连铸坯280×380(mm)，预热段加热一段740-760，加热二段1070-1090，加热三段1200-1230，均热段1180-1220，加热时间不小于2.5小时，经高压水除鳞后经过BD1、BD2和CCS轧制为115RE断面钢轨，其中CCS轧制后钢轨终轧温度900-950℃。钢轨出终轧机后进行空冷，钢轨入淬火线温度730-750℃之间，淬火时间100-130s，出淬火线温度450-490℃，工艺冷却不分段进行冷却，或分段强冷介入温度低于钢轨等温转变曲线的“鼻尖温度”，即钢轨前段淬火时间长或是风压过大的强制冷却，易在钢轨轨头踏面内易产生贝氏体异常组织，如图1所示。

实施例1：

该实施例与对比例1的不同之处在于以下步骤：

(1)连铸坯280×380(mm)，加热温度1200℃，加热时间不小于2.5小时，经高压水除鳞后经过BD1、BD2和CCS轧制后，其中CCS轧制后钢轨终轧温度930℃，获得钢轨。

(2)钢轨经过终轧后，在走钢轨道上进行空冷。

(3)进入淬火线入口温度750℃，热处理风冷过程分为三段，第一段热处理风压6Kpa，淬火时间30s,第一段终冷温度610℃，随后采用强冷风压进行冷却，第二段热处理风压8KPa，淬火时间30s,第二段终冷温度580℃，第三段热处理风压10KPa，淬火时间35s,控制出口温度480±10℃。

对生产获得的钢轨性能进行检验，脱碳层组织满足标准要求，见图2所示。测试的力学性能结果如表1和表2所示，钢轨力学性能满足标准要求。

表1钢轨强度性能

表2钢轨轨头踏面硬度

实施例2：

该实施例与对比例1的不同之处在于以下步骤：

(1)连铸坯280×380(mm)，加热温度1200℃，加热时间不小于2.5小时，经高压水除鳞后经过BD1、BD2和CCS轧制后，其中CCS轧制后钢轨终轧温度900℃，获得钢轨。

(2)钢轨经过终轧后，在走钢轨道上进行空冷。

(3)进入淬火线入口温度730℃，热处理风冷过程分为三段，第一段热处理风压7Kpa，淬火时间38s,第一段终冷温度600℃，随后采用强冷风压进行冷却，第二段热处理风压9KPa，淬火时间37s,第二段终冷温度570℃，第三段热处理风压9KPa，淬火时间45s,控制出口温度480±10℃。

对生产获得的钢轨性能进行检验，脱碳层组织满足标准要求，见图3所示，测试的力学性能结果如表3和表4所示，钢轨力学性能满足标准要求。

表3钢轨强度性能

表4钢轨轨头踏面硬度

对生产获得的钢轨性能进行检验与对比例1相比，性能满足标准要求的同时，钢轨轨头踏面组织内未发现有异常贝氏体或马氏体组织存在。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。