过共析钢轨钢热处理工艺研究.pdf

总第 期 年 月 南 方 金 属 .收稿日期:修订日期:作者简介:韩志杰()男 年毕业于东北大学材料加工工程专业工程师 文章编号:()过共析钢轨钢热处理工艺研究韩志杰 李钧正 张海旺(河钢集团邯钢公司河北 邯郸)摘 要:利用淬火膨胀仪结合金相和硬度绘制过共析钢轨钢连续冷却转变曲线并对其冷却过程中的组织性能进行分析 在此基础上分析了冷速和终冷温度对过共析钢轨钢组织性能的影响随着冷速增加和终冷温度的降低硬度明显增加但更容易生成马氏体 过共析钢轨钢热处理工艺设置需要合理匹配冷速和终冷温度冷速可选择 /终冷可选择 能够在不出现马氏体等异常组织的前提下获得高的硬度性能关键词:过共析钢轨钢 热处理 显微组织 硬度中图分类号:.文献标志码:(.):./.:前言过共析钢轨是 世纪 年代日本学者最先开发的新钢轨品种具有优良的抗接触疲劳性能非常适合在小半径曲线上使用 由于该钢种只增加了含碳量未增加合金含量因此性价比高 过共析钢轨的研发充分利用了渗碳体组织的作用 钢轨的耐磨性能与珠光体中的渗碳体的密度紧密相关增加珠光体中的渗碳体密度将提高钢轨的耐磨性能 将钢轨中的 含量由共析成分提高到%以上的过共析成分形成过共析钢轨并通过热处理冷却抑制二次渗碳体的析出超过共析成分的 将以 的形式存在于珠光体片层中使珠光体组织片层中的 相的厚度增加从而相应地增大了珠光体组织中 相的密度 为了深入了解过共析钢轨钢开发工艺需要对其材料热处理基础特性进行研究 过共析钢轨钢连续冷却转变研究.试验材料和方法利用淬火膨胀仪结合金相和硬度绘制过共析钢轨钢连续冷却转变曲线 试验材料取自中试冶炼的过共析钢轨铸坯其化学成分如表 所示表 试验钢的化学成分/%.试样以 /的速度加热至 保温 后再分别以./、./、./、/、/、/、/、/、/、/的冷却至室温(见图)图 连续冷却转变工艺示意.试验结果试样经过冷却后用%的硝酸酒精进行腐蚀利用光学显微镜观察组织形貌维氏硬度计测量硬度值(加载力 加载时间 )试验测得共析钢轨钢的 为 为 在各个冷速下得到的组织以及硬度如表 所示表 过共析钢轨钢在不同冷速下的组织和硬度序号 冷速/组织硬度值/.珠光体 先共析渗碳体.珠光体 先共析渗碳体珠光体 先共析渗碳体珠光体珠光体珠光体 马氏体珠光体 马氏体马氏体马氏体马氏体 根据膨胀法并结合对组织和硬度结果分析绘制出试验钢的 曲线(见图)从过共析钢轨钢在不同冷速下的金相组织可以看出在冷速 /以内有先共析渗碳体析出先共析渗碳体的析出降低了珠光体中的共析渗碳体厚度和密度致使硬度降低如果先共析渗碳体形成半网状或网状则容易引起钢轨剥离掉块等问题损害钢轨使用寿命图 过共析钢轨钢连续冷却转变曲线 随着冷却速度增加先共析渗碳体析出受到抑制 /以上冷速下未见先共析渗碳体当冷速达到 /时有马氏体生成随冷速的增加马氏体比例越来越大直至全部转变为马氏体 马氏体等异常组织的形成促进钢轨裂纹萌生和发展增加开裂甚至断轨的风险因此必须避免马氏体等异常组织的生成 冷速和终冷温度对过共析钢轨钢组织性能的影响.试验方案为了提高钢轨耐磨性需要在不出现异常组织的前提下提高冷却速度 在一定的冷速下不同终冷温度对钢轨组织和硬度性能也有重要影响这需要对冷速和终冷温度进行合理匹配 在 曲线的基础上设计了热模拟方案:试样以 /的速度加热至 保温 然后以 /速度冷至开始冷却温度为了避免先共析渗碳体的出现设置开始冷却温度为 然后以 /、/、/冷速分别冷却至 、和 后续以 /模拟空冷至室温.试验结果和分析按照表 方案进行热模拟试验共计 个方案 在 热力模拟试验机上完成试验后用维氏硬度计测量硬度值 试样的硬度如表 所示南 方 金 属 年第 期 表 冷速和终冷温度对显微组织的影响方案编号开始冷却温度/冷速/终冷温度/硬度/.试样经研磨、抛光后用%的硝酸酒精溶液浸蚀在光学显微镜下观察、分析显微组织特征 试样的显微组织如图 所示 由表 和图 可以看出在 /冷速时随着终冷温度降低硬度明显提升主要是因为随着终冷温度降低珠光体转变组织得到细化当冷速增加到 /随着终冷温度的降低容易生成马氏体在./冷速时 终冷温度范围均出现马氏体 整体上随着冷速增加和终冷温度的降低硬度增加但更容易生成马氏体 因此为了保证过共析钢轨钢在不出现异常组织的前提下提高硬度热处理工艺设置需要合理匹配冷速和终冷温度冷速范围可选择 /终冷温度可选择 图 不同工艺下的过共析钢轨钢显微组织 结语)根据热膨胀法并结合金相 硬度分析测定过共析钢轨钢连续冷却转变曲线在冷速 /以内有先共析渗碳体析出当冷速达到 /时有马氏体生成(下转第 页)总第 期 韩志杰等:过共析钢轨钢热处理工艺研究 .方坯定长的自优化控制方坯定长系统在定位过程中不同的轧件对辊道速度变化的响应存在一定的差异预先设定的减速斜坡需要进行优化以使定长精度和定长效率达到最优.定长精度的优化在定位过程中通过无接触式测长设备 读取实际的轧件长度调节辊道的输送速度和运输时间控制 过程及 过程长度)按照公式()控制 过程用于补偿 过程产生的长度偏差)过程到达 时无接触式测长设备 读取实际的轧件长度偏差 如果 超出定长公差范围 系统自动进入再定位程序辊道的运行速度 和运行时间 满足以下公式 /()在实际应用中为了简化计算运行时间 ()式中 为常数所以辊道运行速度 /()/().定长效率的优化)阶段减速斜坡的修正系统按照()值调节 阶段的时间长度用于修正 阶段的减速斜坡使()值更加接近于)阶段减速斜坡的修正系统按照偏差 值调节 阶段的时间长度用于修正 阶段的减速斜坡使偏差 值更加接近于.轧件定长控制过程本系统定长控制过程是通过在线实时检测轧件运行长度和速度采用辊道速度的自适应控制方式实现轧件精确定位控制控制流程如图 所示图 定长控制流程示意 结语系统投入运行以来方坯定长系统定位精确实现了液压剪对不同长度方坯的精确、快速分段提高了生产效率降低了竞速消耗在中南股份取得了非常满意的效果(上接第 页)随着冷速增加和终冷温度的降低硬度增加但更容易生成马氏体)过共析钢轨钢热处理工艺设置需要合理匹配冷速和终冷温度冷速范围可选择 /终冷温度可选择 参考文献 周清跃张建峰郭战伟等.重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究.中国铁道科学():.上田正治松下公一郎岩野克也等.新日鉄住金技報.海外貨物鉄道用長寿命開発第 号:.张银花李闯周清跃等.我国重载铁路用过共析钢轨的试验研究.中国铁道科学():.王东梅赵磊城陈林等.过共析钢轨钢的连续冷却转变行为.金属热处理():.总第 期 胡占民:液压剪定长系统的开发和应用