CN110093481A - 一种基于感应加热的轨道淬火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于感应加热的轨道淬火方法，包括步骤：1)将轨道的外表面由感应器接入中频1.0‑4.0kHz的交流电流，加热至840‑880℃后进行保温；2)步骤1)完成后，将钢轨送入设有淬冷液的在线热处理装置中进行淬冷，并将感应器的感应线圈置于在线热处理装置的出口位置，对钢轨的轨腰位置进行持续加热，加热温度控制在500‑540℃，加热时间为40秒，加热速率为1m/s；3)加热完成后，将钢轨自然冷却至室温。与现有技术相比，本发明可避免异常马氏体组织的产生，大大减小了轨道进行淬火过后内部存在的应力，且本发明简单可行，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及轨道焊接和电磁感应加热技术领域，尤其是涉及一种基于感应加热的轨道淬火方法。
背景技术
当今中国高铁发展的迅猛速度令世界望其项背，而高铁速度的提升也离不开铁路轨道建设，随着铁路运输事业的发展，高铁牵引重量、运输密度和年通过总量逐步提高，使得轨道所承受的负荷大大增加，为了提高轨道的使用寿命，对钢轨的强度、硬度提出了新的要求。世界各国铁路的实践已经证明，钢轨热处理是提高钢轨材质强韧性的最有效、最经济的措施。然而，如何提供一种能够加强钢轨表面的硬度、抗拉强度、延伸率的热处理方法仍然是需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于感应加热的轨道淬火方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于感应加热的轨道淬火方法，该方法包括以下步骤：
S1：将钢轨的外表面由感应器接入中频1.0-4.0kHz的交流电流，利用感应加热使轨道加热至840-880℃，加热后进行保温。
优选地，感应器具体通入的电流频率为2.5kHz。感应器使用的为非闭合式的圆形感应线圈。
优选地，非闭合式的圆形感应线圈的形状为两个半圆形，连接两个半圆形线圈的连接处设有可拆卸式绝缘固定装置。可拆卸式绝缘固定装置包括绝缘片，用以夹紧两个半圆形线圈的固定装置以及可夹紧半圆形线圈的夹紧装置。绝缘片置于固定装置的中间位置处，夹紧装置与固定装置连接，夹紧装置夹持在两个半圆形线圈的连接处边缘。
S2：待步骤S1结束后，将钢轨置入装有淬冷液的在线热处理装置中，并对轨腰位置进行持续加热，淬冷过程中通过补偿轨道过度的温度损失，对轨腰部位进行加热，使轨道纵向方向的温度保持一致性。补偿加热的温度控制在500-540℃，加热时间为40秒，加热速率为1m/s，对轨腰的温度控制用于避免轨腰及上、下三角区产生异常组织，并且协调轨头与轨底之间的热应力，减小轨道内部应力，避免轨道开裂。
在钢轨的热处理中，感应器的线圈位于在线热处理装置的出口部位，通过感应加热轨道腰部，延长钢轨在珠光体转变区的停留时间，避免异常马氏体组织的产生，从而消除轨腰及上、下三角区的异常组织，同时减小钢轨内应力。在进行整套淬火过程后，大大降低了轨道的残余应力，提高轨道在使用中的安全性。
S3：加热完成后，将钢轨自然冷却至室温。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明将感应加热技术应用于轨道淬火过程中，并在淬冷过程中持续对轨腰进行加热来抑制轨道热处理后的过冷度，延长钢轨在珠光体转变区的停留时间，使钢轨快速奥氏体化，奥氏体组织转变的瞬间，可以得到级别较高的晶粒，使用淬冷液对钢轨进行淬冷，控制冷却速度，使冷却过程中细片层的珠光体之间间距得以减小到100nm以下且分布均匀，避免异常马氏体组织的产生，使钢轨表面的硬度、抗拉强度、延伸率都得以较大的提高；
二、本发明通过感应加热轨道腰部，延长钢轨在珠光体转变区的停留时间，从而消除轨腰及上、下三角区的异常组织，同时减小钢轨内应力，在进行整套淬火过程后，大大降低了轨道的残余应力，可以减小60-140MPa的残余应力，提高轨道在使用中的安全性。
附图说明
图1为本发明中非闭合式线圈的截面示意图；
图2为本发明中实施例1中采用本发明方法淬火后的钢轨组织显微图；
图3为本发明中实施例1中未在淬冷过程中对轨腰进行温度控制的淬火后的钢轨组织显微图；
图4为本发明中实施例2中采用本发明方法淬火后的钢轨组织显微图；
图5为本发明中实施例2中未在淬冷过程中对轨腰进行温度控制的淬火后的钢轨组织显微图；
图6为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明涉及一种基于感应加热的轨道淬火方法，该方法包括下列步骤：
步骤一、将轨道的外表面由感应器接入中频1.0-4.0kHz的交流电流加热至840-880℃，加热后进行保温。感应器具体通入的电流频率为2.5kHz。感应器使用非闭合式的圆形感应线圈。如图1所示，非闭合式的圆形感应线圈的形状为两个半圆形，连接两个半圆形线圈的位置设有可拆卸式绝缘固定装置。可拆卸式绝缘固定装置包括绝缘片、对两个半圆形线圈进行固定的固定装置，如现有技术中较常使用的线圈固定装置以及可夹紧线圈的夹紧装置，如线圈夹紧器等。绝缘片置于固定装置的中间位置处，夹紧装置与固定装置连接，夹紧装置夹持在两个半圆形线圈的连接处边缘。
步骤二、加热结束后，将钢轨送入装有淬冷液的在线热处理装置中进行淬冷，在线热处理装置包括机架和固定在机架上的线圈；感应器的感应线圈置于在线热处理装置的出口位置，对轨腰位置来进行持续加热，加热温度控制在500-540℃，加热时间为40秒，加热速率为1m/s；其中，在轨道热处理中线圈位于出口部位，通过感应加热轨道腰部，延长钢轨在珠光体转变区的停留时间。
步骤三、加热结束后将钢轨自然冷却至室温。
本实施例进行了两组实验，A组采用本发明的轨道淬火方法，对主要化学成分包含0.49-0.89％C，0.45-0.75％Si，0.84-1.58％Mn，0.25-1.10％Cr等其它微合金元素和杂质的钢轨进行淬火处理。
具体操作为：将轨道的外表面由感应器接入中频2.5kHz的交流电流加热至855℃。将钢轨送入装有淬冷液的在线热处理装置中，并对轨腰位置进行持续加热，并实施温度控制，加热温度520℃，加热时间为40秒，加热速率为1m/s。温度控制数据如表1所示，淬火加热后的钢轨表面组织如图2所示。
表1实施例1A组轨道加热温度控制数据
B组实验采用相同的淬火工艺，但在淬冷过程中未对轨腰进行温度控制，淬火加热后的钢轨表面组织如图3所示。根据图2、图3可知，B组的组织照片中相较于A组具有明显的异常马氏体组织。
实施例2
本实施例中所使用的轨道淬火流程、使用的非闭合式的圆形感应线圈与实施例1中相同，在淬火过程中加热温度、时间不同。具体操作为：
本实施例进行了两组实验，C组采用本发明的轨道淬火方法，对主要化学成分包含0.49-0.89％C，0.45-0.75％Si，0.84-1.58％Mn，0.25-1.10％Cr等其它微合金元素和杂质的钢轨进行淬火处理。
将轨道的外表面由感应器接入中频2.5kHz的交流电流加热至855℃。将钢轨送入装有淬冷液的在线热处理装置中，并对轨腰位置进行持续加热，加热温度500℃，加热时间为30秒，加热速率为0.5m/s。温度控制数据如表2所示，淬火加热后的钢轨表面组织如图4所示。
表2实施例2C组轨道加热温度控制数据
D组实验采用与C组相同的淬火工艺，但在淬冷过程中未对轨腰进行温度控制，淬火加热后的钢轨表面组织如图5所示。根据图4、图5可知，D组的组织照片中相较于C组具有明显的异常马氏体组织。
综上所述，本发明在将感应加热技术应用到轨高淬火中，并在轨腰处进行补偿加热来抑制轨道热处理后的过冷度，延长钢轨在珠光体转变区的停留时间，避免异常马氏体组织的产生。轨腰加热控制可以协调轨头和轨底之间的温度差，从而减小轨道钢轨内部的应力，降低钢轨使用中存在开裂的风险，有利于提高轨道质量的稳定性与使用寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于感应加热的轨道淬火方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)将轨道的外表面由感应器接入中频1.0-4.0kHz的交流电流，加热至840-880℃后进行保温；
2)步骤1)完成后，将钢轨送入设有淬冷液的在线热处理装置中进行淬冷处理，其中，感应器的感应线圈置于在线热处理装置的出口位置，并利用在线热处理装置对钢轨的轨腰位置进行持续加热，加热温度控制在500-540℃，加热时间为40秒，加热速率为1m/s；
3)加热完成后，将钢轨自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种基于感应加热的轨道淬火方法，其特征在于，所述的感应器接入的交流电流频率为2.5kHz。
3.根据权利要求2所述的一种基于感应加热的轨道淬火方法，其特征在于，所述的感应器采用非闭合式的圆形感应线圈。
4.根据权利要求3所述的一种基于感应加热的轨道淬火方法，其特征在于，所述的非闭合式的圆形感应线圈包括两个上下对称连接的半圆形线圈，两个半圆形线圈的连接处设有可拆卸式绝缘固定装置。
5.根据权利要求4所述的一种基于感应加热的轨道淬火方法，其特征在于，所述的可拆卸式绝缘固定装置包括绝缘片，用以固定两个半圆形线圈的固定装置和用以夹紧两个半圆形线圈的夹紧装置，所述的绝缘片置于固定装置的中间位置处，所述的夹紧装置与固定装置连接，所述的夹紧装置夹持在两个半圆形线圈的连接处边缘。
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