一種高速鐵路用鋼軌及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高速鐵路用鋼軌及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，我國高速鐵路經(jīng)歷了歷史性的大發(fā)展時(shí)期，在此期間，已經(jīng)建成了過萬公 里的時(shí)速200km、250km和時(shí)速350km高速鐵路系統(tǒng)，基本形成了"四橫四縱"高速網(wǎng)絡(luò)。高 速鐵路由于列車軸重較輕，需要鋼軌強(qiáng)度級(jí)別較低，如通常采用HB260級(jí)的U71Mn熱乳鋼 軌。但是，該鋼軌在高速彎道中的磨損速度較快，需要部分線路開始采用高速熱處理鋼軌來 提高彎道鋼軌的使用性能。
[0003] 在高速線路彎道中，在輪軌早期的接觸階段，由于輪軌匹配度不高，造成其接觸應(yīng) 力過大，前期采用熱乳鋼軌，可以快速地將鋼軌軌距角處的金屬磨損掉，可以有效地減少疲 勞傷損的產(chǎn)生。但是在采用高速熱處理鋼軌后，由于其強(qiáng)度和耐磨耗性能提高，其軌距角金 屬不易被磨掉，這樣在早期反而會(huì)容易造成接觸疲勞傷損，影響鐵路的運(yùn)營安全。
[0004] 針對(duì)高速鐵路鋼軌的科學(xué)使用，國內(nèi)外研究人員在采取不同措施進(jìn)行改善，以期 使鋼軌使用更為安全，鐵路運(yùn)輸更為順暢。例如，北美地區(qū)的美國、加拿大等通過利用將軌 距角處的三段圓弧優(yōu)化為四段圓弧，使輪軌接觸應(yīng)力更小。國內(nèi)鋼軌研究工作者近些年也 開始借鑒北美的技術(shù)思路來改善輪軌接觸條件，如周清躍、張銀花、田常海等發(fā)表的"60N 鋼軌的廓形設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究"論文中介紹，針對(duì)我國鐵路多種型面的車輪在線路上混跑的 實(shí)際情況，為改善輪軌接觸關(guān)系，減少輪軌接觸應(yīng)力、改善車輛動(dòng)力學(xué)性能，研究設(shè)計(jì)具有 新軌頭廓型的60N鋼軌。仿真結(jié)果表明：60N鋼軌與LM，S1002CN和LMA型面車輪接觸時(shí)的 接觸點(diǎn)基本在軌頭踏面中心區(qū)域；60N鋼軌的最大接觸應(yīng)力和最大Mises等效應(yīng)力與60鋼 軌相比，分別降低約19 %和13%。
[0005] 同時(shí)，國內(nèi)專利CN101921950 B "用于高速和準(zhǔn)高速鐵路的鋼軌及其制造方法" 中公開了本發(fā)明公開了一種用于高速和準(zhǔn)高速鐵路的鋼軌及其制造方法。通過降低碳含 量，并配合乳后控制冷卻的方式，得到具有優(yōu)良的滾動(dòng)接觸疲勞性能的鋼軌，所述鋼軌包含 的化學(xué)成分以重量計(jì)為：〇. 40 %~0. 64%的C，0. 10 %~1. 00 %的Si，0. 30 %~1. 50 %的 Mn，少于等于0. 025%的P，少于等于0. 025%的S，少于等于0. 005%的A1，大于0少于等于 0. 05%的稀土元素，總量大于0且小于等于0. 20 %的V、Cr和Ti中的至少一種，以及余量 的Fe和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)該發(fā)明的方法制造的鋼軌保持了現(xiàn)有高速鐵路的鋼軌的強(qiáng) 度和硬度的同時(shí)提高了鋼軌的韌塑性和屈服強(qiáng)度，并提高了形成在鋼軌表層的疲勞微裂紋 萌生及擴(kuò)展所需的能量值，從而在相同條件下可以改善鋼軌的滾動(dòng)接觸疲勞性能，最終提 高鋼軌的使用壽命和運(yùn)輸安全性。然而該方法雖然提高了高速鋼軌的抗接觸疲勞性能，但 是部分降低了鋼軌基體的抗磨耗性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的貨運(yùn)鐵路在使用早期容易出現(xiàn)接觸疲勞勞損的現(xiàn)狀， 提供一種尚速鐵路用鋼軌及其生廣方法，該尚速鐵路用鋼軌具有尚強(qiáng)度、尚耐磨性和尚抗 接觸疲勞性能，尤其在使用前期具有優(yōu)異的耐磨性能和抗接觸疲勞性能。
[0007] 本發(fā)明提供了一種高速鐵路用鋼軌，該高速鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組 織構(gòu)成，所述軌距角的厚度為3-5mm，硬度為290-319HB，延伸率為13. 5-17. 0%。
[0008] 本發(fā)明還提供了生產(chǎn)本發(fā)明的高速鐵路用鋼軌的方法，該方法包括：將終乳后的 鋼軌進(jìn)行快速冷卻，然后對(duì)軌距角部位進(jìn)行快速加熱和保溫；快速冷卻的條件包括：開冷 溫度為800-880°C，冷卻速度為2-10°C /s，終冷溫度為360-4KTC ;快速加熱和保溫的條件 包括：以3. 0-4. 0°C /s的升溫速度將軌距角溫度升高至710-8KTC并保溫2-4min。
[0009] 本發(fā)明另外提供了本發(fā)明生產(chǎn)高速鐵路用鋼軌的方法生產(chǎn)得到的高速鐵路用鋼 軌。
[0010] 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)球狀珠光體組織由于其較好的塑形性能和稍低的耐磨耗性 能非常適合用作軌距角的金相組織，這樣的軌距角由于具有更好的塑形性能，能被快速磨 掉，形成良好的輪軌接觸關(guān)系，使鋼軌在使用前期具有良好的耐磨耗性能和抗接觸疲勞性 能。本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，為了得到球狀珠光體組織的軌距角，可以在鋼軌的生 產(chǎn)后期進(jìn)行特殊的熱處理，例如先快速冷卻，然后對(duì)軌距角部位進(jìn)行快速加熱和保溫，能夠 使軌距角處生成球狀珠光體組織。本發(fā)明的方法得到的鋼軌兼具優(yōu)異的強(qiáng)度、耐磨性和抗 接觸疲勞性能。
[0011] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0012] 附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0013] 圖1是本發(fā)明提供的高速鐵路用鋼軌的軌距角的區(qū)域示意圖。
[0014] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的高速鐵路用鋼軌的軌距角的球狀珠光體組織的金相 組織的掃描電鏡圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明提供的高速鐵路用鋼軌的軌頭基體的硬度測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)示意圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明提供的高速鐵路用鋼軌的軌距角的硬度測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)示意圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明提供的高速鐵路用鋼軌的快速加熱過程的加熱區(qū)域示意圖。
[0018] 附圖標(biāo)記說明
[0019] 1軌距角的區(qū)域 A1軌頭基體硬度的測(cè)試位置
[0020] B1軌距角硬度的測(cè)試位置C1軌距角硬度的測(cè)試位置
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明提供了一種高速鐵路用鋼軌，該高速鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組 織構(gòu)成，所述軌距角1的厚度為3-5mm，硬度為290-319HB，延伸率為13. 5-17. 0 %，如圖1所 不。
[0023]優(yōu)選地，所述高速鐵路用鋼軌的軌距角1的厚度為3. 5-4. 7mm，硬度為295-315HB， 延伸率為13. 5-16. 2% ;優(yōu)選地，所述高速鐵路用鋼軌的軌距角1的寬度為18-22mm。
[0024] 在本發(fā)明中，所述軌距角1的厚度的測(cè)定方法為金相腐蝕法，硬度的測(cè)定方法為 GB/T231. 1，延伸率的測(cè)定方法為GB/T228. 1。如圖4所示，鋼軌的軌距角1的硬度測(cè)試點(diǎn) B1和C1的位置大致在軌距角1厚度的中間點(diǎn)。
[0025] 在本發(fā)明中，所述軌距角1的位置適用于本領(lǐng)域通用的軌距角的位置，所述軌距 角1的邊界通過金相組織來界定，金相組織為球狀珠光體組織的部分為本發(fā)明的軌距角的 具體位置，如圖1中附圖標(biāo)記1所指的陰影部分所示。本發(fā)明中的軌頭、軌腰等描述鋼軌部 位的詞均適用于本領(lǐng)域通用的定義。本發(fā)明中所述的軌頭基體指的是軌頭除了軌距角1之 外的部分。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的高速鐵路用鋼軌，所述高速鐵路用鋼軌的除軌距角1以外的其他部 位優(yōu)選由片狀珠光體組織構(gòu)成，更優(yōu)選由片狀珠光體組織和鐵素體組織構(gòu)成，以除軌距角 以外的其他部位的總重量為基準(zhǔn)，片狀珠光體組織的含量為99. 0-99. 5重量％，鐵素體組 織的含量為0.5-1. 0重量％。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的高速鐵路用鋼軌，所述高速鐵路用鋼軌的除軌距角1以外的軌頭基 體的硬度為321-350HB，延伸率為10. 5-14. 5%。所述軌頭基體的硬度的測(cè)定方法為GB/ T231. 1，延伸率的測(cè)定方法為GB/T228. 1。如圖3所示，鋼軌的軌距角1的硬度測(cè)試點(diǎn)A1的 位置大致在軌頭中軸線上深度大約1〇_的位置。
[0028] 本發(fā)明的高速鐵路用鋼軌的軌型優(yōu)選為60kg/m。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的高速鐵路用鋼軌，以所述高速鐵路用鋼軌的總重量為基準(zhǔn)，所述高 速鐵路用鋼軌可以含有0. 63-0. 73重量％的碳、0. 1-0. 5重量％的硅、0. 7-1. 2重量％的錳、 0. 05-0. 3重量％的鉻、0. 04重量％以下的釩、0. 025重量％