專利名稱：鋼軌的硬化方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化方法，其通過強迫冷卻使奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蟮脑谑覝叵路€(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還包括用于硬化鋼軌或至少其鋼軌頭的裝置，其通過強迫冷卻使奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蟮脑谑覝叵路€(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)，且主要包括一鋼軌支架和一冷卻裝置。
對于與鋼軌相關(guān)的鐵路運輸隨著其日益提高的軸載荷和類似的運輸負擔其鋼軌應(yīng)該既具有鋼軌表面部分的高耐磨性，又由于軌道的彎曲應(yīng)力應(yīng)該具有高的抗斷裂強度。
已知的是，通過材料的加熱調(diào)質(zhì)或借助在至少暫時強迫冷卻下使奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑覝叵路€(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)來硬化鋼軌和/或鋼軌頭(EP-358362 A1、AT 402941 B、EP 186372 B和WO94/02652)。
冷卻可以通過對至少鋼軌表面的部分噴射冷卻劑，一種所謂噴霧冷卻或噴淋冷卻方法，或者通過將鋼軌至少部分地浸入冷卻浴來實現(xiàn)，其中屬于現(xiàn)有技術(shù)的是軋制熱的有利的利用。
按照所采用的冷卻方法，已知用于強迫冷卻鋼軌或其軌道部分的裝置有直通式裝置(AT 323224 B、EP 186373 B1)、冷卻床輸送裝置(DE 4237991 A1)和浸入式裝置(DE 4003363 C1、AT 402941 B)。
當采用具有適當?shù)幕瘜W(xué)成分的合金時，采用各個裝置中的硬化方法完全可以制造出在鋼軌頭的軌道表面部分具有提高的硬度和耐磨強度并具有足夠的抗斷裂強度。
已知的用于鋼軌的硬化方法和冷卻裝置的最大缺點被認為是沿依賴于鋼軌長度的截面上的結(jié)構(gòu)分布可能的不均質(zhì)性。換言之，如果相關(guān)的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面部分和/或沿鋼軌長度在鋼軌截面上的結(jié)構(gòu)成分的位置是不均勻的，則這將極為不利地影響鋼軌的質(zhì)量?？v使精確地保持方法參數(shù)和精確地控制冷卻裝置也可能產(chǎn)生鋼軌質(zhì)量方面的不希望的差異，其中即使采用花費極大的質(zhì)量控制也會出現(xiàn)個別的一些鋼軌并不符合質(zhì)量要求。
本發(fā)明將克服上述缺點并且其目的在于，提供一種開頭所述類型的方法，利用該方法可以得到沿全長在鋼軌截面上恒定的結(jié)構(gòu)分布并且可以確保高的鋼軌質(zhì)量。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種裝置，利用該裝置可以保持截面的表面部分之局部冷卻強度沿鋼軌全長相同。
按照本發(fā)明的方法方面的目的這樣來達到，即將處于奧氏體結(jié)構(gòu)狀態(tài)的鋼軌校直、水平定位和同心地抗彎曲夾緊，然后在保持鋼軌的夾緊或抗彎曲的情況下鋼軌和/或至少鋼軌截面的一部分可以從一個溫度開始以已知的方式至少暫時地被強迫冷卻而轉(zhuǎn)變其結(jié)構(gòu)，所述溫度位于合金的Ac3點以上。
通過本發(fā)明得到的優(yōu)點基本上在于，在奧氏體結(jié)構(gòu)狀態(tài)下實現(xiàn)一次校直，然后在同心地夾緊狀態(tài)下熱從鋼軌表面被加強地排走。在加強冷卻鋼軌截面的一部分的過程中鋼軌保持著筆直地夾緊，這有助于保持沿軸向方向單位冷卻強度的恒定性。廣泛的研究指出，即使在加強冷卻鋼軌的至少一部分的過程中鋼軌只產(chǎn)生微小的彎曲，也可能改變沿表面部分的局部冷卻特性曲線，因此大大影響從合金的奧氏體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的結(jié)構(gòu)形成。按照本發(fā)明同心地水平夾緊保證在鋼軌的加熱調(diào)質(zhì)時材料特性分布沿截面和沿鋼軌全長是恒定的。
當在最后一道軋制變形后立即利用軋制熱對鋼軌進行校直、定位和同心地夾緊時可以得到本方法的特別經(jīng)濟的實施方案。
在設(shè)置技術(shù)上，而且對于沿截面要求的結(jié)構(gòu)分布來說，將鋼軌站立著夾緊可以是有利的，其中鋼軌頭垂直指向上方。這里當鋼軌通過噴霧冷卻排熱時是有利的，其中沿縱向方向看去在對稱于鋼軌的垂直軸線的截面的表面部分采用同樣高的冷卻強度。
為了提高具有要求的特性分布的鋼軌的制造可靠性和得到接觸表面的特別耐磨性，將鋼軌懸掛式夾緊可能是有利的，其中鋼軌頭垂直指向下方。這樣的定位已證明是有利的，因為借此鋼軌或僅僅鋼軌頭可以通過浸入冷卻液中排熱。
為了通過高的冷卻介質(zhì)的冷卻強度將冷卻控制到要求的溫度和斷續(xù)的強迫冷卻，在轉(zhuǎn)變動力學(xué)上來說，可能有利的是將鋼軌的冷卻暫時地和/或局部地關(guān)于其截面的表面部分斷續(xù)地實施。其中也可能重要的是，如果將鋼軌在強迫冷卻以后松開，可以保持在較高的溫度下和/或在靜止空氣中冷卻到室溫。
采用本方法，其中沿鋼軌的全長對鋼軌進行冷卻或硬化或加熱調(diào)質(zhì)已證明對特別好的均勻性和高的質(zhì)量以及校準其最優(yōu)的使用特性是特別有利的。
本發(fā)明的另一目的是對開頭所述類型的裝置這樣來解決，即鋼軌支承裝置構(gòu)成為支承結(jié)構(gòu)，其具有符合于鋼軌的縱向長度和大的抗彎曲截面模量以及具有用于固定鋼軌的定位元件和/或可拆卸式夾具。
抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)剛性的支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，即使由于不同的質(zhì)量分布和/或沿截面的不同的冷卻強度在加強的冷卻的情況下產(chǎn)生了彎曲力也能保持鋼軌的筆直的夾緊。筆直的夾緊關(guān)于表面的冷卻劑噴射或冷卻液濕潤的優(yōu)點同樣是很明顯的，因為借其可以以沿鋼軌全長的高的均勻性精確地定向于要求的鋼軌部分。因此對于設(shè)定的截面區(qū)可以達到要求的冷卻速度并從而以高度精確性達到要求的結(jié)構(gòu)形成。
在設(shè)置技術(shù)上，而且就應(yīng)用來說，支承結(jié)構(gòu)作為焊接結(jié)構(gòu)可以是有利的，在其上水平定向地設(shè)置至少三個定位元件，優(yōu)選沿縱向長度每隔0.5m距離設(shè)一個定位元件。
當將可拆卸式夾具構(gòu)成用于貼緊在定位元件上的鋼軌的壓緊件時可以得到簡單而可靠的裝置。
將可拆卸式夾緊構(gòu)成具有用于沿水平縱向軸線方向定位鋼軌的定向表面也可以是有利的。
為了得到沿鋼軌全長盡可能均勻的組織結(jié)構(gòu)或為了使局部的冷卻強度不引起重要的影響，使定位元件和夾具具有在鋼軌上減小的接觸面例如楔形接觸面可以是有利的。由此可以避免鋼軌的所謂“軟斑點”或軟斑。
當精心的噴嘴配置和/或采用基本上沒有懸浮物的水時，有利的是將鋼軌用的冷卻裝置構(gòu)成為用空氣和/或水以沿縱向長度同樣的冷卻強度的噴射通道。
反之，如果將冷卻裝置構(gòu)成為具有冷卻液體的浸槽時，則可以以簡單的方式通過添加合成介質(zhì)來調(diào)整冷卻強度，其對浸入的鋼軌區(qū)有很好的作用。
另外，當調(diào)整構(gòu)成為使鋼軌支承結(jié)構(gòu)和冷卻裝置在鋼軌垂直的方向可沿截面相互相對運動時，可以特別有效地實施軌道部分的冷卻循環(huán)和/或冷卻。
當支承結(jié)構(gòu)連接于具有一水平定向的定位元件的浸槽并且鋼軌可通過夾具例如壓緊裝置靠在該定位元件上時，可以構(gòu)成或通過改型制成一特別簡單的裝置。其中可以以特別簡單的方式將夾具構(gòu)成為壓緊重量并至少設(shè)置在鋼軌的頂部區(qū)域。
對于幾乎是等溫的熱處理，如果裝置可用于鋼軌或其截面部分的斷續(xù)硬化則是有利的。
以下對本發(fā)明借助于分別示出一個實施方案的附圖更詳細地加以說明。其中

圖1示出用于用垂直設(shè)置的夾具懸掛的鋼軌的浸浴調(diào)質(zhì)之裝置；圖2示出用于站立著的鋼軌的噴淋調(diào)質(zhì)之裝置；圖3示出具有可轉(zhuǎn)動定位的夾具之裝置；圖4示出用壓緊重量作為夾具之裝置。
圖1中以簡圖示出用于同心地夾緊一處于懸掛位置的鋼軌1之裝置。一由兩箱式型材22、21抗扭轉(zhuǎn)剛性地構(gòu)成的支承結(jié)構(gòu)2支承可運動的鉗式定位元件3、3′，其具有用于鋼軌1的基本上水平的接觸面31、31′。在插入鋼軌1和封閉定位元件3、3′以后夾緊元件41，例如通過一可液壓操作的柱塞總是可以確保鋼軌的同心的夾緊，然后該鋼軌通過例如支承結(jié)構(gòu)2的下降被送入冷卻裝置5中，例如送入具有冷卻液體52的浸槽51中。在至少鋼軌1的一部分經(jīng)至少部分地冷卻以后可以通過沿方向H提升支承結(jié)構(gòu)2從冷卻劑中將鋼軌取出并在脫開夾具4′和定位元件3后卸下。
圖2示出鋼軌1站立著夾緊在支承結(jié)構(gòu)2中而保證抗彎曲。該支承結(jié)構(gòu)2由例如一下框架箱體和一上框架箱體21、22構(gòu)成，這兩箱體抗扭轉(zhuǎn)剛性地相互連接在一起。為了同心地夾緊將鋼軌1放在定位件23上并例如借助液壓裝置6通過轉(zhuǎn)動來封閉定位元件3、3′，它們具有傾斜的接觸面31、31′。
圖3中示出按照本發(fā)明的裝置，其具有在側(cè)面設(shè)置的支承結(jié)構(gòu)2的框架元件21、22。為了夾緊鋼軌1，其由定位元件3、3′以接觸面31、31′支承，將夾具4、4′繞轉(zhuǎn)動中心42、42′轉(zhuǎn)動并使其接觸面41、41′靠在鋼軌底面，從而固定鋼軌1。通過沿方向H的相對運動可以將鋼軌浸入冷卻劑52中。
圖4中以簡圖示出鋼軌1的又一水平定位方式。將鋼軌1以其鋼軌頭11指向下方插入具有冷卻液體52的冷卻裝置5的浸槽51中并通過其中設(shè)置的定位元件3加以支承。為了夾緊于筆直的水平位置將壓緊重量40放在鋼軌1上，其通過支承裝置42是可運動的，此時為了在接觸面31、31′上形成一例如0.5mm的微小的間隙可以使定位元件3、3′下降。為了從冷卻裝置5中取出鋼軌1，可以例如提升壓緊重量40和提升定位元件3、3′。然而也可以使冷卻裝置5下降。
權(quán)利要求
1.鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化方法，其通過強迫冷卻使奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蟮脑谑覝叵路€(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)，其特征在于，將處于奧氏體結(jié)構(gòu)狀態(tài)的鋼軌校直、水平定位和同心地抗彎曲夾緊，然后在保持鋼軌的夾緊或抗彎曲的情況下鋼軌和/或至少鋼軌截面的一部分可以從一個溫度開始以已知的方式至少暫時地被強迫冷卻而轉(zhuǎn)變其結(jié)構(gòu)，所述溫度位于合金的Ac3點以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在最后一道軋制變形后立即利用軋制熱對鋼軌進行校直、定位和同心地夾緊。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，將鋼軌站立著夾緊，其鋼軌頭垂直指向上方。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，將鋼軌懸掛式夾緊，其鋼軌頭垂直指向下方。
5.按照權(quán)利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，鋼軌通過噴霧冷卻排熱，其中沿縱向方向看去在對稱于鋼軌的垂直軸線的截面的表面部分采用同樣高的冷卻強度。
6.按照權(quán)利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，鋼軌通過浸入冷卻液中排熱。
7.按照權(quán)利要求1至6之一項所述的方法，其特征在于，將鋼軌的冷卻暫時地和/或局部地關(guān)于其截面的表面部分斷續(xù)地實施。
8.按照權(quán)利要求1至7之一項所述的方法，其特征在于，可以將鋼軌在強迫冷卻以后松開，保持在較高的溫度下和/或在靜止空氣中冷卻到室溫。
9.按照權(quán)利要求1至8所述的方法可用于強迫冷卻或硬化長度大于50m、優(yōu)選大于90m的鋼軌。
10.鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化裝置，其通過強迫冷卻使奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蟮脑谑覝叵路€(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)，該裝置基本上包括一鋼軌支承裝置和一冷卻裝置，其特征在于，鋼軌支承裝置構(gòu)成為支承結(jié)構(gòu)(2)，其具有符合于鋼軌(1)的縱向長度和大的抗彎曲截面模量以及具有用于固定鋼軌(1)的定位元件(3)和/或可拆卸式夾具(4)。
11.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，支承結(jié)構(gòu)(2)作為焊接結(jié)構(gòu)，在其上水平定向地設(shè)置至少三個定位元件(3)，優(yōu)選沿縱向長度每隔0.5m距離設(shè)一個定位元件(3)。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，可拆卸式夾具(4)構(gòu)成用于貼緊在定位元件(3)上的鋼軌(1)的壓緊件(41)。
13.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，可拆卸式夾具(4)構(gòu)成具有沿水平縱向方向定位鋼軌(1)的定向表面(41、42)。
14.按照權(quán)利要求10至13之一項所述的裝置，其特征在于，定位元件(3)和夾具(4)具有在鋼軌(1)上減小的接觸面，例如楔形接觸面。
15.按照權(quán)利要求10至14之一項所述的裝置，其特征在于，鋼軌(1)用的冷卻裝置(5)構(gòu)成為用空氣和/或水(52、52′、52″)以沿縱向長度同樣的冷卻強度的噴射通道(50)。
16.按照權(quán)利要求10至14之一項所述的裝置，其特征在于，冷卻裝置(5)構(gòu)成為具有冷卻液體(52)的浸槽(51)。
17.按照權(quán)利要求10至16之一項所述的裝置，其特征在于，鋼軌支承結(jié)構(gòu)(2)和冷卻裝置(5)在鋼軌垂直的方向(H)可沿截面相互相對運動。
18.按照權(quán)利要求10至17之一項所述的裝置，其特征在于，支承結(jié)構(gòu)(2)連接于具有一水平定向的定位元件(3)的浸槽(51)并且鋼軌(1)可通過夾具(4)例如壓緊裝置(40)靠在該定位元件(3)上。
19.按照權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，夾具(4)構(gòu)成為壓緊重量(40)并至少設(shè)置在鋼軌的頭部區(qū)域。
20.按照權(quán)利要求10至19之一項所述的裝置，其特征在于，其可用于鋼軌(1)或其截面部分的斷續(xù)硬化。
21.按照權(quán)利要求10至20之一項所述的裝置，其特征在于，為了硬化長度大于50m、優(yōu)選大于90m的鋼軌，該裝置具有與之相適應(yīng)的長度。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼軌或至少其鋼軌頭的硬化方法與裝置,其通過強迫冷卻使奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蟮脑谑覝叵路€(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)。為了沿鋼軌全長在鋼軌截面上得到恒定的結(jié)構(gòu)分布和確保高的鋼軌質(zhì)量,按照本發(fā)明在方法技術(shù)上設(shè)置成使處于奧氏體結(jié)構(gòu)狀態(tài)的鋼軌校直、水平定位和同心地抗彎曲夾緊,然后在保持鋼軌的夾緊或抗彎曲的情況下鋼軌和/或至少鋼軌截面的一部分可以從一個溫度開始以已知的方式至少暫時地被強迫冷卻而轉(zhuǎn)變其結(jié)構(gòu),所述溫度位于合金的Ac
文檔編號C21D9/06GK1327074SQ0112082
公開日2001年12月19日 申請日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月29日
發(fā)明者諾伯特·科克, 彼得·波因特納 申請人:福斯特·阿爾帕鋼軌股份有限公司