非对称复杂断面钢轨余热淬火技术及相关基础研究

As China's railway transportation to the development of high-speed, high axle load, high traffic density and mass transit，Original the U75V material rail is difficult to meet the requirements and in urgent need of high-strength heat-treated rail. Because quenching as a new technology improve rail performance and life and reduce the production costs ，once again become a hot of research and development and one of the main development direction. But there are the problems that production process is complex, rail head hardness is low, repetitive quenching rate is high and the homogeneity and stability of residual stress, flatness, organizational is difficult to guarantee. The project intends to combine the rail remainder heat quenching with straightening deformation technology, around the scientific issues of the aerosol cooling medium characteristics and microstructure, stress, transformation plasticity, bending deformation, straightening deformation. The research focus on the influence of non-symmetry of remainder heat quenching rail and the unevenness of the temperature on the Phase change organization, residual stress, bending deformation. Solve the key technical problems controling residual stress, bending deformation ,quenching organization in the process of emainder heat quenching and cotrolling straightening residual stress and flatness and lay the theoretical foundation for the organization of the remainder heat quench rail ,bending deformation, residual stress, flatness control.

随着我国铁路运输向高速、高轴重、高车流密度、大运量方向发展，原有的U75V材质钢轨难以满足使用要求，急需高强热处理钢轨。余热淬火作为目前提高钢轨使用性能和寿命及降低钢轨生产成本的一项新技术，以具有节约能源、强度高的优势，再次成为研究开发的热点和主要发展方向之一。但存在其生产工艺复杂，钢轨轨头硬度偏低、重淬率高、残余应力、平直度、组织均匀性和稳定性难以保证等问题。 本项目拟将钢轨余热淬火、矫直变形等技术相结合，围绕余热淬火过程中气雾冷却介质特性以及组织均匀性、相变塑性、应力演变规律、弯曲变形、矫直变形等科学问题， 针对钢轨非对称复杂断面特性，重点研究余热淬火钢轨温度的不均性对相变组织、残余应力、弯曲变形的影响，解决钢轨余热淬火过程中残余应力、弯曲变形的控制、淬火组织的精确控制、矫直残余应力与平直度控制等关键技术问题，为开发高强度余热淬火钢轨的组织、弯曲变形、残余应力、平直度控制奠定理论基础。

随着我国铁路运输向高速、高轴重、高车流密度、大运量方向发展，原有的U75V材质钢轨难以满足使用要求，急需高强热处理钢轨。余热淬火作为目前提高钢轨使用性能和寿命及降低钢轨生产成本的一项新技术，以具有节约能源、强度高的优势，再次成为研究开发的热点和主要发展方向之一。但存在其生产工艺复杂，钢轨轨头硬度偏低、重淬率高、残余应力、平直度、组织均一性和稳定性难以保证等问题。. 本项目将钢轨余热淬火、矫直变形等技术相结合，围绕余热淬火过程中气雾冷却介质特性以及组织、应力、弯曲变形、矫直变形等科学问题， 重点研究余热淬火钢轨的非对称性、温度的不均性对相变组织、残余应力、弯曲变形的影响，解决钢轨余热淬火过程中残余应力、弯曲变形的控制、淬火组织的精确控制、矫直残余应力与平直度控制等关键技术问题，为开发高强度余热淬火钢轨的组织、弯曲变形、残余应力、平直度控制奠定理论基础。. 研究成果：针对钢轨淬火的实际工况，采用了钢轨气雾冷却实验装置，设计、制造完成了气路和水路管道和气雾喷嘴组成冷却集管整体装配，研究冷却介质与气雾冷却强度之间的关系，研究喷嘴至冷却体的距离、气水比、气压-液体流量及其对换热系数的影响；建立了钢轨轧后冷却过程的温度-组织-应力耦合分析计算模型，通过该模型计算钢轨在余热淬火冷却过程中的温度场、组织场，定量计算了余热钢轨各部位处的冷却曲线以及不同冷却时间对珠光体转变量、分布规律的影响，根据钢轨余热淬火模拟实验8#钢轨的踏面各点冷却曲线，计算得出钢轨轨头踏面硬度取值范围在371.18~400.51HB，符合钢轨质验收标准；建立了多辊钢轨水平＋垂直的三维动态矫直的力学模型，研究了余热淬火后弯曲变形量、淬火应力、矫直变形量、矫直方式等矫直参数对钢轨残余应力、平直度的影响。研究多辊矫直残余应力与矫直参数之间的规律，找出了关键的影响因素，研究期间共发表论文17篇，专利2项。