[发明专利]钢轨的硬化方法与装置

说明书

本发明涉及钢轨或至少其钢轨头的硬化方法，其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构。

本发明还包括用于硬化钢轨或至少其钢轨头的装置，其通过强迫冷却使奥氏体结构转变为要求的在室温下稳定的显微结构，且主要包括一钢轨支架和一冷却装置。

对于与钢轨相关的铁路运输随着其日益提高的轴载荷和类似的运输负担其钢轨应该既具有钢轨表面部分的高耐磨性，又由于轨道的弯曲应力应该具有高的抗断裂强度。

已知的是，通过材料的加热调质或借助在至少暂时强迫冷却下使奥氏体结构转变为在室温下稳定的显微结构来硬化钢轨和/或钢轨头(EP-358362 A1、AT 402941 B、EP 186372 B和WO94/02652)。

冷却可以通过对至少钢轨表面的部分喷射冷却剂，一种所谓喷雾冷却或喷淋冷却方法，或者通过将钢轨至少部分地浸入冷却浴来实现，其中属于现有技术的是轧制热的有利的利用。

按照所采用的冷却方法，已知用于强迫冷却钢轨或其轨道部分的装置有直通式装置(AT 323224 B、EP 186373 B1)、冷却床输送装置(DE 4237991 A1)和浸入式装置(DE 4003363 C1、AT 402941 B)。

当采用具有适当的化学成分的合金时，采用各个装置中的硬化方法完全可以制造出在钢轨头的轨道表面部分具有提高的硬度和耐磨强度并具有足够的抗断裂强度。

已知的用于钢轨的硬化方法和冷却装置的最大缺点被认为是沿依赖于钢轨长度的截面上的结构分布可能的不均质性。换言之，如果相关的调质结构的表面部分和/或沿钢轨长度在钢轨截面上的结构成分的位置是不均匀的，则这将极为不利地影响钢轨的质量。纵使精确地保持方法参数和精确地控制冷却装置也可能产生钢轨质量方面的不希望的差异，其中即使采用花费极大的质量控制也会出现个别的一些钢轨并不符合质量要求。

本发明将克服上述缺点并且其目的在于，提供一种开头所述类型的方法，利用该方法可以得到沿全长在钢轨截面上恒定的结构分布并且可以确保高的钢轨质量。

本发明的另一目的在于提供一种装置，利用该装置可以保持截面的表面部分之局部冷却强度沿钢轨全长相同。

按照本发明的方法方面的目的这样来达到，即将处于奥氏体结构状态的钢轨校直、水平定位和同心地抗弯曲夹紧，然后在保持钢轨的夹紧或抗弯曲的情况下钢轨和/或至少钢轨截面的一部分可以从一个温度开始以已知的方式至少暂时地被强迫冷却而转变其结构，所述温度位于合金的Ac₃点以上。

通过本发明得到的优点基本上在于，在奥氏体结构状态下实现一次校直，然后在同心地夹紧状态下热从钢轨表面被加强地排走。在加强冷却钢轨截面的一部分的过程中钢轨保持着笔直地夹紧，这有助于保持沿轴向方向单位冷却强度的恒定性。广泛的研究指出，即使在加强冷却钢轨的至少一部分的过程中钢轨只产生微小的弯曲，也可能改变沿表面部分的局部冷却特性曲线，因此大大影响从合金的奥氏体状态转变时的结构形成。按照本发明同心地水平夹紧保证在钢轨的加热调质时材料特性分布沿截面和沿钢轨全长是恒定的。

当在最后一道轧制变形后立即利用轧制热对钢轨进行校直、定位和同心地夹紧时可以得到本方法的特别经济的实施方案。

在设置技术上，而且对于沿截面要求的结构分布来说，将钢轨站立着夹紧可以是有利的，其中钢轨头垂直指向上方。这里当钢轨通过喷雾冷却排热时是有利的，其中沿纵向方向看去在对称于钢轨的垂直轴线的截面的表面部分采用同样高的冷却强度。

为了提高具有要求的特性分布的钢轨的制造可靠性和得到接触表面的特别耐磨性，将钢轨悬挂式夹紧可能是有利的，其中钢轨头垂直指向下方。这样的定位已证明是有利的，因为借此钢轨或仅仅钢轨头可以通过浸入冷却液中排热。

为了通过高的冷却介质的冷却强度将冷却控制到要求的温度和断续的强迫冷却，在转变动力学上来说，可能有利的是将钢轨的冷却暂时地和/或局部地关于其截面的表面部分断续地实施。其中也可能重要的是，如果将钢轨在强迫冷却以后松开，可以保持在较高的温度下和/或在静止空气中冷却到室温。

采用本方法，其中沿钢轨的全长对钢轨进行冷却或硬化或加热调质已证明对特别好的均匀性和高的质量以及校准其最优的使用特性是特别有利的。

本发明的另一目的是对开头所述类型的装置这样来解决，即钢轨支承装置构成为支承结构，其具有符合于钢轨的纵向长度和大的抗弯曲截面模量以及具有用于固定钢轨的定位元件和/或可拆卸式夹具。