钢轨热处理

wanggong

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3、通过完整的热力学和冶金学模型计算出处理相应产品所需数值
这种冷却工艺是由完整的热力学和冶金学模型计算得出的。为了将数值分析模拟出的热处理工艺进行验证，一些实验已经在中间工厂完成。结果显示：通过创新的灵活的系统，铁路硬化和过程控制中的应用得到优化的冷却策略的改进。

4、可获得更细的和更均匀的微观结构，并提高机械性能。
此工艺采用一种严格受到控制的热处理工艺，在钢轨上使用此方法直到显著数量的奥氏体转化（在导轨上表面的至少50％，轨头芯部的不低于20％）。这意味着，奥氏体转变温度维持在一个狭窄的理想频带，从而避免产生不希望得到的次级结构的风险：如贝氏体轨中的马氏体和珠光体钢轨中的马氏体/贝氏体。奥氏体转变温度的严格控制是通过一个过程控制系统管理的，是由一个适宜长度的专用灵活装置，再配备多手段控制冷却装置得到的。

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钢轨寿命增加三倍的背后——热处理工艺的巅峰之作

2016-07-09 热处理生态圈
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近年来，铁路的提速对钢轨的性能要求越来越高，尤其是高铁的快速发展与普及，引发了各国对重轨的高度重视。而重轨的生产工艺中热处理的工艺又是及其重要，而只有合格的热处理工艺才能获得到理想的微观结构和高强度性能的重轨，最终得到长久的使用寿命。本期就让我们来了解下西门子与CSM合作开发的idRHa+®钢轨硬化技术。
视频：idRHa+®钢轨硬化技术

随着国家高铁的输出和自身的发展，我国早已对重轨的生产工艺尤其是热处理工艺进行了升级，比如包钢引进的“双相钢轨喷射硬化系统”，就是典型的代表之一，正式因为采用这项技术可以提高产品的机械性能，同时可以使钢轨的服役时间增加到普通未经过处理钢轨的三倍。那么这个“双相钢轨喷射硬化系统”究竟有什么独到之处呢？



1、适用范围广
双相钢轨喷射硬化系统（idRHa+®）可以处理珠光体或者贝氏体钢轨并且对在线和离线处理都适用。

2、高度灵活
由于这种系统的灵活度，使得采用一种专用的冷却工艺和对钢轨断面温度扩散的严格控制成为了可能。为了控制整个过程中的微观组织演变，这种冷却工艺在整条线运输的前后都有采用。

3、通过完整的热力学和冶金学模型计算出处理相应产品所需数值
这种冷却工艺是由完整的热力学和冶金学模型计算得出的。为了将数值分析模拟出的热处理工艺进行验证，一些实验已经在中间工厂完成。结果显示：通过创新的灵活的系统，铁路硬化和过程控制中的应用得到优化的冷却策略的改进。

4、可获得更细的和更均匀的微观结构，并提高机械性能。
此工艺采用一种严格受到控制的热处理工艺，在钢轨上使用此方法直到显著数量的奥氏体转化（在导轨上表面的至少50％，轨头芯部的不低于20％）。这意味着，奥氏体转变温度维持在一个狭窄的理想频带，从而避免产生不希望得到的次级结构的风险：如贝氏体轨中的马氏体和珠光体钢轨中的马氏体/贝氏体。奥氏体转变温度的严格控制是通过一个过程控制系统管理的，是由一个适宜长度的专用灵活装置，再配备多手段控制冷却装置得到的。

5、保证了重轨横截面上每一处所希望获得的硬度均匀化和纵向的硬度均匀化和微观结构的均匀化



虽然此系统看起来非常复杂，但是却有着一种独特的操作灵活性的特点
该idRHa+钢轨硬化系统由一组相互协调的设备集成，每一个设备都具有特定的功能和技术目的。该系统是完全模块化的，以便它可以根据工艺需要，对生产率的要求和现有工厂的限制以多种配置进行组装。
各功能单元的设计给予了最大的适应性且具有相同效率来处理任何尺寸和等级的钢轨。为了在线应用程序，在经过精轧机或下游的冷却床后，钢轨由一个导轨转动系统垂直举起，转动系统的旋转中心可以横向地调整从而得到任何大小的钢轨以送入其右侧上游位置的idRHa+产线。热钢轨在其长度方向可以弯曲活着有突起部分，尤其是在端部的第一米内。因此，有一个热矫直单元放置在热处理设备前是非常有用的，其通过由一组垂直可调的压紧辊施加软塑性变形恢复的导轨的平直度。



一组的感应加热装置中，至少有两个提供热能，以平衡钢轨沿长度方向的温度并调节钢轨断面的温度分布；为了使整体能量有足够的缓冲区来恢复其在钢轨长度方向和钢轨断面的温度梯度，一个典型的在线idRHa+处理系统的装机功率为每轧一吨钢30-35kWh，这意味着对于150吨/小时的生产率的安装功率大约5MW。感应单元的设置是由有限元建模分析预先定义的，并根据实际操作时检测的该温度分布进行动态调整。



感应加热器的设计是非常重要的，在很短的时间和在有限的空间里有选择性的和高效的将高功率密度传送到钢轨。感应加热器（线圈）对钢轨的头部和底部分开加热，为了达到最大效率通过单独的设计成IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的功率变换器对其供能，同时此技术可优化控制其能耗。



感应加热器为了应对可能出现的未矫直的钢轨和包括不对称钢轨在内的不同尺寸和形状的钢轨，其在垂直和水平轴向是可调节的。钢轨由水平和垂直方向的夹辊引导通过感应线圈，同时由轧辊上的轮廓跟踪装置来避免钢轨和陶瓷壁接触的危险。

由感应单元加热后，钢轨进入称为idRHa+技术核心的冷却区域中。如之前所述，该生产线由一些冷却模块依次组成，其总程度能保证足够的时间以在钢轨头部的大部分奥氏体（表面> 50％，芯部>20％）的转化。



每个模块都配备了一组冷却坡度有选择性的作用在钢轨上的一部分，以给予适当的传热系数以达到所需的性能，他们也有在钢轨截面保持均衡的温度梯度以遏制过量变形的功能。冷却装置可用雾化雾喷嘴，可以搭配不同的冷却介质和喷气叶片；产线上适当的冷却装置组合和其充分的可替换性给予了该系统配合任何不同工艺要求的绝对灵活性。该冷却器的位置是可调的凸轮系统，以和钢轨保持适当的距离达到最优化的冷却效果，以适应不同尺寸的钢轨的处理，包括非对称轨道。冷却器安装在液压倾斜的坡道，以方便维护操作。这些模块是由盖子密封的，并配有抽气系统抽走产生的蒸汽，其盖子有液压系统控制开闭，便于打开。



每个模块都配备有一组摆动液压压紧辊，保持钢轨在横向夹住以通过冷却装置；该设备的特定的设计使得它适应任何尺寸和形状的钢轨。在各模块之间，有许多装有垂直空转辊的水平压紧辊，以保持在钢轨中心和钢轨长度方向不变形。
总 结
该idRHa+®钢轨硬化技术由西门子与CSM合作开发，几个创新的设计特点使它成为当下市场上最灵活，最高效的设备。IdRHa+®由一个嵌入式技术形成，该技术经过复杂的数值模型和广泛的工业级试验装置中得到实验数据共同作用而成。该综合方法结合量身定制的分析和样品钢轨的试验，因此西门子和CSM成为了所有铁轨生产者的理想的产品生命周期的合作伙伴，同时又可以作为其内部生产技术的一个补充。