U75V重軌在線熱處理工藝關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

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

2、本滿(mǎn)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(shí)間增長(zhǎng)，造成軋件晶粒長(zhǎng)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(wèn)題。提升產(chǎn)品質(zhì)量最可行也是最有效的方法是對(duì)重軌進(jìn)行全長(zhǎng)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(guó)內(nèi)重軌廠自主開(kāi)發(fā)重軌在線熱處理生產(chǎn)工藝已勢(shì)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(kāi)發(fā)意向，選擇目前用量最大的

3、U75V60kg/m重軌為研究對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下1∶1模擬其在線熱處理過(guò)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(shí)驗(yàn)原理。首先，將重軌在加熱爐中加熱至與其萬(wàn)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(shí)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(duì)軌頭頂面和兩個(gè)側(cè)面進(jìn)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(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì):重軌加熱裝置設(shè)計(jì)，由輥底式加熱爐及保護(hù)氣體通道組成，負(fù)責(zé)將重軌加熱至奧氏體化狀態(tài)。壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)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(zhǎng)度確定耗氣量，即:空壓機(jī)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(jìn)氣需要設(shè)計(jì)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(jì)相應(yīng)的管路及閥體。噴風(fēng)冷卻裝置設(shè)

5、計(jì)，是實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，負(fù)責(zé)重軌頭部的冷卻，包括:風(fēng)箱設(shè)計(jì)，噴嘴設(shè)計(jì)，風(fēng)箱支架設(shè)計(jì)。輸送輥道設(shè)計(jì)，包括:輥道長(zhǎng)度及托輥尺寸設(shè)計(jì)。
　　(3)實(shí)驗(yàn)裝置安裝及調(diào)試:實(shí)驗(yàn)裝置安裝完成后須對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，主要包括:加熱系統(tǒng)的溫度均勻性及保護(hù)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(gè)裝置的安全性和氣密性。
　　(4)通過(guò)熱模擬實(shí)驗(yàn)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(xì)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(kāi)冷溫度和終冷溫度的設(shè)定提供依據(jù);通過(guò)對(duì)不同保溫時(shí)間下重軌組織觀察，確定重軌保溫時(shí)間和加熱后奧氏體晶粒度。
　　(5)通過(guò)對(duì)U75V60kg/m重軌1∶1在線熱處理實(shí)驗(yàn)，確定設(shè)備參數(shù)對(duì)硬化層厚度及硬度的影響:通過(guò)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(chǎng)的變化，觀察噴風(fēng)距離對(duì)熱處理硬化層厚

7、度和硬度的影響;通過(guò)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(chǎng)的變化，觀察噴風(fēng)溫度對(duì)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(gè)設(shè)備參數(shù)。
　　(6)通過(guò)調(diào)節(jié)重軌在噴風(fēng)冷卻裝置中停留的時(shí)間，用熱像儀記錄熱處理前后重軌表面溫度場(chǎng)的變化，研究噴風(fēng)時(shí)間對(duì)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(shí)間。
　　(7)通過(guò)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(chǎng)

8、的變化，研究噴風(fēng)壓力對(duì)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(chǎng)，計(jì)算軌頭不同部位熱處理時(shí)的平均冷卻速度。可知，當(dāng)設(shè)備參數(shù)固定時(shí)，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(cè)量了軌頭不同部位的珠光體片層間距。通過(guò)對(duì)不同工藝下重軌的硬度、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性

9、進(jìn)行測(cè)量，確定了U75V60kg/m熱處理工藝-組織-性能的關(guān)系。
　　(9)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的合理的熱處理工藝參數(shù)，對(duì)4m長(zhǎng)重軌進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)，測(cè)定熱處理后空冷過(guò)程中重軌的彎曲，同時(shí)，對(duì)重軌的殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析。另外，研究了合金元素對(duì)U75V60kg/m重軌的影響，特別是V的分布和對(duì)重軌的強(qiáng)化作用。
　　本文以U75V60kg/m為研究對(duì)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(biāo)準(zhǔn)“熱處理鋼軌技術(shù)條件