阅读说明：本技术 一种新轨头廓形钢轨及其生产方法 (Novel head profile steel rail and production method thereof ) 是由 苏航 梁正伟 涛雅 郑瑞 薛虎东 王慧军 赵桂英 边影 董捷 王嘉伟 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新轨头廓形钢轨及其生产方法,提供的新轨头廓形钢轨由钢轨基座和顶部轮廓构成,其中所述钢轨基座为60钢轨基座,所述顶部轮廓为左右对称结构,具备七段圆弧,其中中间圆弧的半径为200mm,从中间向两边方向上的圆弧的半径分别为60mm、16mm和8mm。提供的新轨头廓形钢轨可以实现轮轨形面匹配,从而延长钢轨的使用寿命。(The invention discloses a new rail head profile steel rail and a production method thereof, wherein the new rail head profile steel rail comprises a steel rail base and a top profile, wherein the steel rail base is a 60 steel rail base, the top profile is of a bilateral symmetry structure and is provided with seven sections of circular arcs, the radius of the middle circular arc is 200mm, and the radiuses of the circular arcs in the directions from the middle to two sides are respectively 60mm, 16mm and 8 mm. The profile of the profile steel rail with the new rail head can realize the profile matching of the wheel rail, thereby prolonging the service life of the steel rail.)

一种新轨头廓形钢轨及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种新轨头廓形钢轨及其生产方法，尤其涉及一种具有与铁路轮部形面相匹配的钢轨轨头形面的60N新轨头廓形钢轨及其生产方法。

背景技术

如图1所示，示出的是目前服役的60kg/m(60)钢轨的结构示意图，其采用对称结构设计，高度为48.5mm，宽度为73mm，钢轨基座两侧分别为两段圆弧设计，圆弧的半径分别为8mm和25mm。钢轨基座与顶部轮廓的延伸部位的连接处为一半径为2mm的圆弧，其顶部轮廓为对称的五段圆弧设计，中间圆弧的半径为300mm，该中间圆弧的宽度为20mm，从中间向两边的圆弧的半径分别为80mm和13mm。然而，使用该钢轨的轮轨形面是不匹配的，主要表现在轮轨接触光带不在设计的轨头踏面中心，而是偏向轨距角，如图2所示，对该60钢轨廓面进行仿真计算和分析(曲线半径为600m)，可见钢轨接触点在轨距角R13附近接触，这将造成钢轨轨距角剥离掉块甚至引发疲劳核伤，从而影响行车安全，并且造成轮轨磨损严重，影响使用寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明的一个方面提供一种新轨头廓形钢轨，由钢轨基座和顶部轮廓构成，其中所述钢轨基座为60钢轨基座，所述顶部轮廓为左右对称结构，具备七段圆弧，其中中间圆弧的半径为200mm，从中间向两边方向上的圆弧的半径分别为60mm、16mm和8mm。

上述顶部轮廓的宽度为73mm，中间圆弧的宽度为18mm，一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处与另一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处之间的距离为51.07mm。

本发明的另一方面提供了上所述的新轨头廓形钢轨的生产方法，其包括以下工艺：铁水预处理-转炉冶炼-LF炉精炼-VD真空脱气-连铸-铸坯硫印及低倍-轧制，其中：

所述铁水预处理工艺中铁水成分中P含量波动范围0.146％～0.148％，S含量0.051％；

所述转炉冶炼工艺中转炉终点采用中碳拉钢，转炉出钢碳含量范围在0.08％～0.11％，出钢P含量在0.009～0.013％；

所述VD真空脱气工艺中VD真空处理软吹时间大于15min，平均为19min，软吹后镇静时间21-35min，平均为28min；

所述连铸工艺中连铸钢水过热度在16℃-25℃之间，采用0.6m/min～0.7m/min的恒拉速；

所述轧制工艺中开轧温度控制1100～1130℃之间，加热制度为：均热段1100～1280℃，加热I段≤1200℃，加热II段为1000～1300℃，预热段≤800℃，出炉温度为1080～1150℃；所述轧制工艺中孔型系统选择为1个箱型孔，1个梯形孔，3个帽型孔，3个轧型孔，3个万能孔，2个轧边，1个半万能孔的孔型系统；轧制道次分配为7～3～3，轧辊孔型配置斜度为2％～8％。

基于以上技术方案提供的新轨头廓形钢轨以传统60钢轨为基础设计，按照车轮形面重新设计钢轨轨头廓形，可实行轮轨形面匹配，延长了钢轨的使用寿命。并且设计出的新轨头廓形钢轨除了轨冠部位尺寸外，与60kg/m钢轨完全相同，具有很高的兼容性。

附图说明

图1为现有技术中存在的60钢轨的结构示意图；

图2为利用现有技术中的60钢轨的的接触点模拟效果图；

图3为本发明提供的60N钢轨的结构示意图；

图4为利用本发明提供的60N钢轨的接触点模拟效果图。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的内容。

实施例1：新轨头廓形钢轨

如图3所示，示出了本发明提供的新轨头廓形钢轨(60N钢轨)的断面结构示意图，可间其以60钢轨的基座为基础，不同之处在于其顶部轮廓具备七段圆弧，其中中间圆弧的半径为200mm，从中间向两边方向上的圆弧的半径分别为60mm、16mm和8mm。顶部轮廓的宽度仍为73mm，但中间圆弧的宽度缩小为18mm，一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处与另一侧的半径为60mm和半径为16mm的两圆弧交界处之间的距离为51.07mm。该实施例提供的新轨头廓形钢轨以传统60钢轨为基础设计，按照车轮形面重新设计钢轨轨头廓形，可实行轮轨形面匹配，延长了钢轨的使用寿命。并且设计出的新轨头廓形钢轨除了轨冠部位尺寸外，与60kg/m钢轨完全相同，具有很高的兼容性。

实施例2：新轨头廓形钢轨的生产方法

本发明提供的新轨头廓形钢轨采用的铁水组分和现有技术中生产60钢轨的铁水组分相同，例如可采用U75V钢轨钢，具体生产工艺包括以下步骤：

1)铁水预处理：铁水成分中P含量波动范围0.146％～0.148％，S含量0.051％，P、S含量波动范围较小，可以满足冶炼要求。

2)转炉冶炼：转炉终点采用中碳拉钢，转炉出钢碳含量范围在0.08％～0.11％，出钢P含量在0.009～0.013％。

3)LF炉精炼：根据生产要求，LF采用中等碱度、强还原性精炼渣处理钢水，并根据就位钢水成分及温度，确定相关工艺参数进行处理，按要求达到了白渣操作的要求，离位钢水成分和温度满足VD处理要求。

4)VD真空脱气：VD真空处理软吹时间大于15min，平均为19min，软吹后镇静时间21-35min(要求大于10min)，平均为28min。

5)连铸：连铸钢水过热度在16℃-25℃之间，波动范围小，采用恒拉速(0.6m/min～0.7m/min)。成品化学成分及气体含量均满足TB/T 2344-2012标准要求。

6)铸坯硫印及低倍：U75V钢轨钢经过冶炼、连铸后，每炉取一块连铸坯进行硫印检验，按铸坯验收标准评级，钢坯硫印检验结果均为0、1级，工艺控制稳定。

7)轧制

7.1)轨梁厂使用步进梁式加热炉加热钢坯，制定加热工艺要尽量保证较高的开轧温度，同时要防止因为温度过高产生过烧导致坯料报废。轧制过程中开轧温度控制1100～1130℃之间。具体加热制度见表1。

表1：钢坯加热制度℃

7.2)孔型系统选择

根据轨梁厂1#线各轧机生产工艺的特点，结合生产60kg/m钢轨的经验，确定选用1个箱型孔，1个梯形孔，3个帽型孔，3个轧型孔，3个万能孔，2个轧边，1个半万能孔的孔型系统。实践证明，该孔型系统轧制稳定，轧制节奏合理，变形分配得当，能保证产品质量。

7.3)孔型设计

根据60N钢轨结构特点，确定各孔型尺寸。

孔型设计特点如下：

1)采用普通钢轨的孔型设计方法，参考60钢轨设计经验设计60N孔型。

2)考虑60N和60钢轨的充天(即钢轨轨头的侧面圆弧处)和轨冠圆弧有所区别的特点，在孔型设计时，对轨冠部位的金属进行相应调整。

3)为了减少投资，考虑60钢轨和60N轨断面相近的特点，BD1和BD2孔型共用，只在CCS，UR和UF孔型跟60有所区别(道次与每道次的压下量)。

4)使不均匀变形集中在处于高温状态的前几个孔型。

5)充分利用现有规格的钢坯和生产条件，以降低生产成本。即轧制60N钢轨选用和60kg/m钢轨一样的坯料。

7.4)轧辊孔型配置

1)轧制道次分配

根据轧制钢轨的经验，60N钢轨轧制总道次为13道，轧制道次分配为7～3～3。

2)孔型配置特点

为减少轧辊车削量，配置斜度为2％～8％。

3)导卫装置的设计

跟60kg/m钢轨共用。

7.5)60N钢轨矫直孔型设计

考虑到腹、轨底、头宽、尺寸均和60钢轨一样，只需相应的调整轨冠的矫直工艺即可。

根据以上工艺获得了本发明提供的60N钢轨，即新轨头廓形钢轨。

实例1：

该实例采用上述实施例2获得的新轨头廓形钢轨进行轮轨接触点仿真计算和分析(曲线直径600m)，结果如图4所示，可见本发明新设计廓形钢轨60N钢轨在曲线半径为600m时，60N上股钢轨接触点明显居中，相对于60钢轨，在R600m、H70mm的曲线条件下，60N上股钢轨最大接触应力降低21％，Mises应力降低9％。

实例2：

在直线条件下，21吨轴重货车以70km/h速度运行时，本发明提供的60N钢轨最大接触应力为1361MPa，而60kg/m钢轨最大接触应力则为1457MPa，相比降低7％，Mises应力降低2％。

以上仿真计算结果证明了本发明提供的60N钢轨的轮轨接触点更趋于轨顶踏面中心区域，改善了轮轨接触状态，减少了接触应力，因此可以大大延长其使用寿命，并且能够有效保证行车安全。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。