U75VH鋼軌鍛壓跟端熱處理工藝研究

薛喜麗 盧德軍 吳鐘敏 趙小軍

摘 要：本文通過對50AT（U75VH）鍛壓跟端兩種不同熱處理方式下鋼軌的跟端性能進行比較發(fā)現(xiàn)，鋼軌跟端經“全斷面感應加熱+噴風”熱處理后，軌頭硬化層深度、硬度相較“正火+淬火”的熱處理方式有較大的提高，斷面硬度分布更加均勻，可與在線熱處理鋼軌相匹配，熱處理軟化區(qū)長度縮短，鋼軌跟端熱處理質量得到改善。

關鍵詞：U75VH;壓型跟端;熱處理

中圖分類號：U213.4 文獻標識碼：A

道岔作為列車運行線路上的關鍵部分之一，直接影響列車的行進速度和安全性。道岔中的尖軌是引導列車從一線進入它線的關鍵軌件，為與導軌相連接，尖軌跟端需鍛壓成相應的導軌軌型，鍛造后鋼軌的組織和力學性能變差，為確保尖軌跟端良好的使用性能，需對跟端進行熱處理[1]。本文采用兩種不同的熱處理方式對鍛壓跟端進行熱處理，探究不同熱處理方式下鋼軌的鍛壓跟端質量。

1 試驗

試驗材料為攀鋼生產的50AT（U75VH）在線熱處理鋼軌，鋼軌化學成分見下表1所示，C、Si、Mn等各化學成分均在TB/T3109[2]規(guī)定范圍內。

50AT試驗鋼軌跟端鍛造成型為50 kg/m鋼軌，1#鋼軌鍛壓跟端采用“正火+淬火”的熱處理方式，2#鋼軌鍛壓跟端采用“全斷面感應加熱+噴風”的熱處理方式，具體工藝參數(shù)及熱處理設備見下表2所示。

鋼軌鍛壓跟端熱處理完成冷至室溫后，對鋼軌橫斷面硬度、軌頂面硬度、金相組織及拉伸性能進行檢驗，試樣取樣位置如下圖1所示。橫斷面硬度在洛氏硬度機上進行檢驗;軌頂面銑削掉0.5 mm后在布氏硬度計上檢測軌頂面硬度值;在鍛壓跟端壓型段中間位置處（見上圖1）切取直徑為10 mm的拉棒，在拉力試驗機上進行拉伸性能測試。將橫斷面試樣打磨拋光后，用10%的硝酸酒精溶液進行腐蝕，觀察軌頭硬化層形貌及顯微組織。

2 試驗結果與分析

2.1 橫斷面硬度

1#、2#鋼軌鍛壓跟端橫斷面硬度數(shù)據(jù)如下表3。1#鋼軌鍛壓跟端經傳統(tǒng)“正火+淬火”熱處理[3，4]后，軌頭圓角硬度較高，圓角處起始點硬度值均大于40 HRC，踏面硬度較低，斷面硬度均勻性差，且與軌頂面距離越大，硬度值下降越多，踏面以下12 mm位置處，硬度值已經低于32 HRC。2#鋼軌鍛壓跟端經“全斷面感應加熱+噴風”熱處理后，軌頭實現(xiàn)全斷面硬化，橫斷面硬度均勻分布，在距離軌頂面15 mm的位置處硬度值仍保持較高水平，斷面任一點位置硬度值均不低于37 HRC，接近在線熱處理鋼軌性能。

2.2 軌頂面硬度

鋼軌鍛壓跟端熱處理后的軌頂面硬度數(shù)據(jù)見下表4和表5。鋼軌鍛壓跟端經“正火+淬火”熱處理后，軌頂面硬度在370 HB～390 HB范圍內，符合產品標準要求，熱處理區(qū)域與母材交界處存在硬度軟點，受感應器長度及淬火方式限制，硬度值低于母材硬度（340 HB）的軟點長度至少為80 mm。鋼軌鍛壓跟端經“全斷面感應加熱+噴風”熱處理后，軌頂面硬度在360 HB～390 HB范圍內，符合產品標準要求，熱處理區(qū)域與母材交界處同樣存在硬度軟點，但硬度軟點長度明顯縮短，可控制在50 mm以內，顯著改善鋼軌使用性能。

2.3 拉伸性能

對鋼軌鍛壓跟端熱處理后的拉伸性能進行檢測。經“正火+淬火”熱處理后1#鋼軌鍛壓跟端抗拉強度為1 290 MPa，

延伸率為12.5%;經“全斷面感應加熱+噴風”熱處理后2#鋼軌鍛壓跟端抗拉強度為1 310 MPa，延伸率為13.3%。兩種跟端熱處理方式下，鋼軌抗拉強度均大于1 180 MPa，延伸率大于10%，滿足產品相關標準要求。

2.4 硬化層形貌及金相組織

將H1位置（見圖1）的鋼軌橫斷面試塊拋光腐蝕后的硬化層形貌見下圖2所示。鋼軌鍛壓跟端經“正火+淬火”熱處理后，橫斷面硬化層呈對稱分布的帽形，硬化層深度為10 mm（見圖2（a））;鋼軌鍛壓跟端經“全斷面感應加熱+噴風”熱處理后，軌頭橫斷面無明顯硬化層形貌，軌頭實現(xiàn)全斷面硬化（見下圖2（b））。

鍛壓跟端兩種熱處理方式下軌頭硬化層顯微組織均為珠光體加少量鐵素體組織（見下圖3），未見馬氏體和貝氏體組織，滿足產品標準要求。

`3 結論

鋼軌鍛壓跟端經“全斷面感應加熱+噴風”熱處理后，既可消除鍛造組織的不利影響，同時實現(xiàn)軌頭的全斷面硬化，熱處理軟化區(qū)長度縮短，拉伸性能、顯微組織等均符合相關標準要求，相較傳統(tǒng)的“正火+淬火”熱處理方式，跟端熱處理質量得到明顯的改善，可以與鋼軌母材相匹配，提高鋼軌鍛壓跟端的使用性能。

參考文獻：

[1]王樹青，詹新偉.高速道岔尖軌熱處理新工藝研究[J].鐵道建筑，2012，52（05）：142-144.

[2]中國人民共和國鐵道部.TB/T3019—2013鐵路道岔用非對稱斷面鋼軌[S].北京：中國鐵道出版社，2013.

[3]蔣紅亮，智學元，鄭爽，等.客運專線道岔尖軌熱處理工藝與裝備的優(yōu)化[J].金屬熱處理，2011，36（10）：48-54.

[4]趙偉江，黃金山，盧德軍.60AT2（U75VG）鋼軌壓型段熱處理工藝探討[J].鐵路采購與物流，2017，12（11）：33-34.