百米淬火钢轨平直度控制技术研究

平直度是百米钢轨重要指标之一。钢轨平直度好坏直接关系到列车乘坐舒适性及运行安全性。文章重点研究了百米淬火钢轨生产过程中轧制、淬火冷却、矫直过程中平直度工艺控制。通过在万能连轧机上微张力轧制,精轧机延伸平衡轧制,淬火冷却采用轨头腰底平衡冷却技术,矫直采用轻压下技术,生产出满足高速铁路平直度要求的百米淬火钢轨。     

用反弯法控制钢轨矫前弯曲度

从理论上计算钢轨自然冷却过程因不均匀收缩而产生的弯曲度，并通过实测得以验证，证明计算方法和结果是正确的，根据分析得到弯曲产生机理及影响因素，提出了预反弯的技术设想，通过在冷床、缓冷坑巧妙设置预后弯装置，利用钢轨热态的良好塑性将春向冷态时翘曲的反方向弯曲，使钢轨冷却后达到平直或接近平直。试验结果表明，反弯后钢轨的矫前平直度由原来的６００－９００ｍｍ／２５ｍ减少到１４０－４５０ｍｍ／２５ｍ，反弯效果明     

百米钢轨冷床预弯功能探讨

从理论上难以计算百米钢轨在冷床上的预弯曲线.本文提出通过实验的方式可以得出经验值,并且利用简单数学模型计算百米钢轨在预弯冷床上的预弯曲线的方法.     

钢轨轧后空冷过程三维有限元模拟

继承60 kg/m钢轨全轧程热力耦合终轧稳定阶段的温度场,并采用三维热力耦合有限元的方法,对钢轨轧后空冷过程中的温度场、应力场和变形进行了相应的模拟分析,得到钢轨空冷过程中的温度变化规律和弯曲变形规律及空冷后的应力分布情况。结论如下:冷却初始,钢轨各部位的冷却速率差异较大,但随着冷却时间的延长,冷却速率趋于一致。钢轨的弯曲变形十分复杂,这主要是由于冷却过程中钢轨不同部位的温度及降温速度导致的。最后根据钢轨空冷后的弯曲变形曲线拟合出的钢轨弯曲度公式,经计算和实际生产的结果较为吻合。     

可控钢轨变形的新型链式冷床

通过对钢轨冷却过程中钢轨变形状态的分析，设计了一种新型的链式冷床。该冷床利用钢轨自得控制钢轨在冷却过程中的变形，设备结构简单，为钢轨冷床设计提供了一种可选方案，但钢轨自重对钢轨内应力分布的影响是否影响钢轨内在质量及是否有利于生产组织等方面尚需探讨。     

百米U75V钢轨矫直前冷却过程温度场的有限元分析

通过研究U75V钢轨冷却过程的热边界条件,采用三维瞬态非线性有限元法计算了百米钢轨矫直前845～150℃冷却过程的温度场。结果表明,在冷却过程中的钢轨横截面不同位置的温度下降速率不同,在冷却初期(200～2 000s),每条冷却温度线都出现一个温度降低缓和的"平台"阶段,如轨底边部冷却速度最快,开始相变时间最早;在冷却2 500～3 000s时,轨头、轨腰、轨底中心的温度迅速下降,轨头与轨底边部的温差约5℃,在冷却5 000～7 000s时,各部位温差趋于一致;计算温度值和现场实测值差别小于50℃。     

钢轨波浪弯曲成因及应对措施

通过对钢轨平直度调研分析，浅析了钢轨波浪弯曲的形成原因。针对钢轨制造中存在的问题，提出了钢轨生产厂应采取的措施。     

钢轨矫前弯曲度的定量计算

用数学物理方法计算钢轨自然冷却过程中由于不均匀冷却产生不均匀收缩引起的弯曲率，并通过实测进行验证，证明计算方法、计算结果是正确的。分析弯曲产生机理及影响因素，提出降低或消除矫前弯曲度的方法。     

矫直引起的钢轨头部变形分析

针对钢轨矫直后轨头各部分展宽量不一样的现象,运用材料力学、弹塑性力学等知识对钢轨矫直过程的应用力及弯曲文矩进行了分析,并对实验室实验钢轨３点弯曲模拟试验结果进行了分析,初步掌握了钢轨矫直过程轨头不均匀变形和表面变形的原因。     

降低钢轨矫前弯曲度试验研究

通过缓冷坑内钢轨反弯试验研究，找到了在现行工艺条件下降低钢轨矫前弯曲率的措施，提高了矫真后钢轨平直度合格率。     

新型H380级别高强度钢轨热处理工艺的数值模拟

通过计算机数值模拟计算对H380级别热处理钢轨的淬火过程进行了分析。钢轨热处理过程是一种鉴于等温转变与连续冷却转变之间的"连续等温转变过程"。计算表明:对于H380级别热处理钢轨温降控制在200～250℃,钢轨轨头相变温度不应超过620℃,轨头抗拉强度取样位置处珠光体组织相变温度不应超过650℃,相变孕育期为22～30 s,在此段加强冷却强度,降低珠光体组织相变开始温度。有利于钢轨轨头淬硬层的深化,提高该级别热处理钢轨抗拉强度。     

基于ANSYS Workbench的百米U75V重轨热结构耦合分析

基于传热学理论、摩擦分析理论、以及热弹塑性分析理论等,采用SolidWorks三维建模软件建立60 kg/m重轨模型。采用ANSYS Workbench对重轨终轧后冷却过程进行热结构耦合有限元分析,揭示了温度场,应力 场以及应变场分布情况及变化规律。结果表明,重轨总体温度分布轨头温度最高,轨腰温度次之,轨底温度最低; 重轨出现弯向轨底-弯向轨头-弯向轨底-弯向轨头的变化过程,直到终冷重轨依旧保持着弯向轨头趋势;从整体看, 重轨两端应力小于中段应力,轨底应力大于轨头应力,轨腰应力最小。     

重轨钢连铸凝固末端位置研究及工艺优化

根据武钢第一炼钢厂重轨钢连铸生产条件,建立380 mm ×280 mm方坯凝固传热数学模型,并采用射钉法验证及修正。模拟结果表明,U71Mn和U75V钢的凝固末端各自位于距结晶器液面16.96～21.68 m和16.50～21.17 m;减弱二冷强度或增大拉速,U71Mn和U75V钢凝固终点均会明显后移。根据计算结果,二冷制度由弱冷(0.346 L/kg)改为超弱冷(0.218 L/kg),拉速采用0.7 m/min,应用1～4~#机架轻压下,压下量为5～7 mm,U71Mn和U75V钢凝固终点延长至21 m以上。连铸工艺优化后,重轨钢大方坯中心疏松Ⅰ级内平均合格率由89.64%提高到99.50%。     

Precipitation behaviour and control of TiN inclusions in rail steels

This paper studied the precipitation behaviour and the control of TiN inclusions in rail steels by thermodynamic calculation and industrial experiments. The results showed that TiN inclusions could not precipitate in molten steel at present condition owing to low [Ti] and [N] content in rail steels; but when solid fraction exceeded 0.87 in mushy zone during solidification process, TiN inclusions could precipitate because of the separation–crystallisation of [Ti] and [N], and even long strip inclusions were formed around grain boundaries. Two types of TiN inclusions, including long strip type with size ranging 20–30?μm and block type with size below 10?μm, could be found in rail steels. The formation of TiN inclusions could be affected by the content of [Ti] and [N], the superheat of liquid steel, secondary cooling intensity and the intensity of strand electromagnetic stirring. The metallurgical process III was conducive to the control of TiN inclusions precipitated and grown up. The results of thermodynamic analysis were consistent with those of the metallurgical process tests.     

重轨端部淬火温度场与相变的计算机模拟

运用有限元法对U71Mn钢(%:0.65～0.76C、0.15～0.35Si、1.10～1.40Mn、≤0.030V、≤0.025Ti)重轨端部电磁感应加热55 s,空冷8 s,喷风冷却42 s,空冷至常温的热处理过程进行了计算机模拟分析,计算机图形学理论动态显示轨端内部任意时刻的温度分布、组织分布。模拟结果表明,在该冷却条件下淬火后端部横断面组织为细片状珠光体(索氏体+托氏体),无马氏体、贝氏体等组织,与实验结果相吻合。     

150 t BOF-LF-VD-CC流程无铝脱氧工艺高速轨钢冶炼过程的夹杂物行为

时速350 km高速钢轨要求钢中全氧含量T[O]≤20×10^-6,非金属夹杂物B、C、D类≤1.0级。国内在重轨钢冶炼中,通常采用无铝脱氧工艺,即采用SiCaBa合金强化脱氧,形成了低熔点的Mn-Al-Si-Ba-Ca多元型氧化物夹杂,该类夹杂物在精炼中全部排出钢液。研究了铁水预处理脱硫-150 t顶底复吹转炉-LF-VD-280 mm ×380 mm连铸流程冶炼钢轨钢U71MnG时的夹杂物行为,包括无铝脱氧工艺钢轨钢中氧化物夹杂的组成及特征,转炉终点[C]对钢水氧活度的影响以及LF精炼渣碱度和VD后期软吹氩搅拌对钢氧含量和夹杂物的影响。结果得出,钢轨头部的≤20μm氧化物夹杂为精炼时二次脱氧产物,通过控制转炉终点[C]＞0.15%,控制精炼渣碱度(CaO)/(SiO₂)=2.5~3,∑(FeO+MnO)≤1.0%可有效降低钢轨钢中氧化物的数量和尺寸。     

轧制变形对U75V重轨钢珠光体晶粒度的影响

U75V钢重轨由280 mm×380 mm铸坯经14道次粗轧(BD1)-中轧(BD2)和CCS 6道次精轧(UR₁、ER、UR₂、UR₃、EF、UF)而成。用金相显微镜观察U75V重轨钢不同道次轧制变形试样的组织。结果表明,随重轨钢BD1E、BD2B、UR1和UF道次压缩比的增加,重轨头部、腰部和底部的珠光体晶粒度等级分别由6.0～6.5、6.0～6.5、6.0～6.5升至8.0～8.5、7.5～8.0、8.0～8.5,珠光体片层间距(μm)分别由0.51、0.41、0.49降至0.29、0.27、0.25,从而有利于提高重轨的力学性能。     

重轨钢铸坯热装影响因素分析和数值模拟

采用有限差分法建立了钢水从结晶器至二冷区和空冷区冷却过程以及280 mm ×380 mm连铸坯热装热送的温度模型,并分析了重轨钢U71Mn(%:0.66～0.76C、0.15～0.35Si、1.10～1.40Mn)和U75V(%:0.70～0.78C、0.50～0.70Si、0.75～1.05Mn、0.04～0.08V)中的氧、氮含量、铸坯低倍组织和加热炉人口处铸坯输送辊道等对该钢热装的影响。模拟结果表明,重轨钢铸坯热装可缩短加热时间40 min,铸坯输送辊道的工作温度为250℃。     

重轨钢浇次第一炉钢冶金质量的研究

对100 t LD-LF-VD-280 mm×380 mm连铸坯流程生产的U71Mn和U75V重轨钢第一炉钢的冶金质量进行了研究。统计结果表明,虽然第一炉钢过热度(21～38℃)较高,但第一炉钢中后半炉的最大氢、氧含量较前半炉分别降低0.2×10^-6和5×10^-6,夹杂物亦降低0.5级,后半炉钢的冶金质量可以满足重轨钢的要求,因此可将后半炉钢由原来的吊车轨改为重轨,该工艺实施后每年重轨钢可增产6万t以上。