钢轨孔型系统2

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万能轧制法生产钢轨与 孔型轧制法相比，每小 时产量可提高1.8倍， 作业率提高10%，成材 率提高2%，轧辊消耗降 低20%。万能轧制法是 一种先进的轧制方法， 尤其适合于轧制重轨。
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带立辊的万能轧机其后设一架二辊水平轧机作为辅 助机架，轧制钢轨的端部。由于万能轧机轧制钢轨 不能构成封闭的孔型，故需由辅助机架加工万能轧 机没加工到的端部。
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万能法孔型系统
孔型设计要考虑均匀变形，对称设计。初具 轨形的轧件，在万能孔中其腰部承受万能孔 机上下水平辊的切楔作用，其头部和腿部的 外侧承受万能轧机立辊侧压垂直作用。为确 保钢轨头和腿的宽度和侧面形状，还要在轧 边机的立轧孔内，对其轨头和轨底侧面进行 立轧加工。这样的孔型系统可以保证钢轨从 粗轨形孔到成品孔轧件的变形是均匀的、对 均匀的、 称的，各部分金属的延伸也接近相同，这就 大大提高了钢轨断面尺寸的精度和外形的规 范。
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将坯料轧 成轨底， 并使轨底 得到良好 的加工。
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国外某厂67.5kg/m钢轨及60kg/m钢轨孔型设计 国外某厂67.5kg/m钢轨及60kg/m钢轨孔型设计
以连铸矩形坯为原料，采用包括四个帽形孔、七个 轨形的孔型系统。 帽形孔全设计在第一架二辊式粗轧机上，粗轧轨形 孔(即切深孔)则放在第二架二辊式粗轧机上。中轧 则采用万能轧机加轧边机组成的中轧机组，轧件在 其上进行单道次或多道可逆轧制。为保证成品尺寸 轧件在精轧机上仅轧仅轧一道。精轧机是由半万能 精轧机与轧边机组成的。
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钢轨的单重，与其断面形状变化相适应，亦经历了 一个由小到大的发展过程。 目前随着机车运行速度的提高，货运量的增多，多 采用60公斤/米以上的重轨，最高的已达78公斤/米。 为了减少钢轨接头辅件，减少运行过程中车轮磨损， 减少轨头冲击次数，适应高速运行要求，普遍发展 长定尺钢轨并广泛使用轨头焊接技术。
轨梁生产
钢轨生产工艺 钢轨孔型系统
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钢轨生产工艺
长流程工艺和短流程工艺 长流程工艺：以矿石为原料，经高炉、转炉冶炼，
再经炉外精炼和真空脱气处理，有效控制成分和有 害气体后，经连铸机铸成一定尺寸的钢坯，这些钢 坯在步进式炉内加热到轧制温度后，被送到开坯机 进行开坯形成钢轨雏形，然后在万能粗轧机组进行 可逆多道次粗轧，最后在万能精轧机上轧出成品。 成品钢轨在热状态下由热锯切成定尺后，送步进式 冷床上冷却，然后送到中间仓库堆垛等待加工。
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万能法轧制钢轨是法国钢铁集团哈亚士厂 1973年首先开发成功并获取专利的，后又被 日本、巴西、南非、美国、澳大利亚等国采 用。现万能法轧制钢轨已被世界认同，这是 生产高精度钢轨的最好工艺。
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孔型轧制法：
是由两个轧辊上的轧槽构成一系列轧制钢轨 的孔型。孔型轧制法轧制钢轨的孔型系统， 一般是由箱形孔、帽形孔和轨形孔组成。轧 件依次通过这些孔型进行轧制，最终轧出钢 轨。 根据孔型在轧辊上的配置方式不同，孔型轧 制法又可分为直轧法和斜轧法。
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不同之处
普通孔型法：继续在二辊式轧机(或三辊式轧 普通孔型法： 机)上采用闭口式轨形孔进行中轧和精轧，最
后轧出成品，其孔型设计多是采用不对称设 计，因此其成品断面的对称性不理想，其轨 高、底宽、腹高等尺寸的控制精度也不高， 工人调整轧机要凭经验，常常还会因孔型磨 损，对轧件产生楔卡作用，造成钢轨腿尖加 工不良，出现圆角或粗糙等缺陷。
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钢轨矫直
钢轨矫直有三种工艺： 压力矫直工艺（用于补矫） 辊式矫直工艺（常用） 拉伸矫直工艺（法国从1976年开始研究新的钢轨矫 直工艺，到1981年发明了采用拉伸法矫直钢轨的新 工艺。采用这种工艺，可以保证钢轨具有高的平直 度精度和微小的残余应力。且无需补矫。
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影响钢轨质量的工艺因素
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孔型系统：两个箱形孔、
一个梯形、三个帽形孔 和五个轨形孔
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特点
第一：吸收了万能法大压下系数的优点，设置了一 个梯形孔，使轧件变成一个高的矩形，有利于轧件
在帽形孔中能得到较大的压下量，也有利于改善轨 头和轨底质量 第二：在第一个帽形孔底部采用高的切楔和较大的 张开角度及圆弧半径，以利强化轨底 第三：所有轨形孔腰部均采用不等厚设计，以增加 腿根部压下量和展宽量，保证腿长的增长，同时适 当减小轨形孔宽质量，以保证轨高尺寸。
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75kg/m钢轨孔型设计 75kg/m钢轨孔型设计
75kg/m钢轨断面采用前苏联国家标准断面， 即轨高192mm、轨头宽75mm、底宽150mm、腰 厚20mm、断面面积95cm2，原料钢坯断面尺寸 为300mm×330mm，压缩比为10.42。
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根据孔型设计经验，对于重型断面钢轨，其异形孔 数量至少要9个,否则容易出现尺寸波动，稳定性差。 孔型系统主要特点： 主要特点： 1、在第一个荒轧帽形孔设计上采用较大的压下系数， 以强化轨头、轨底。2、在轨形孔设计上腰部采用不 等厚设计，有利于轨底尺寸的稳定。3、在孔型断面 上闭口腿的延伸系数略大于开口腿的延伸系数，以 减少开口腿磨损，提高孔型寿命
万能轧制法特点 万能轧制法特点： 特点： 1、轧件变形均匀残余应力小2、轧辊的磨损减轻 3、轧制能耗下降4、轧件的尺寸精确，表面质量好。 5、主辅机架形成连轧，要求进行张力控制 6、设备较为复杂
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钢轨孔型设计
60kg/m钢轨孔型设计： 我国60kg/m钢轨断面采用铁道部推荐断面， 轨高176mm、头宽73mm、腰厚16.5mm、底宽 150mm、截面面积77.45cm2、单重60.35kg/m。 60kg/m钢轨是在950/800轨梁轧机上轧制的， 以300mm×350mm初轧坯为原料，压缩比为 13.5
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2)控制和改变钢的化学成分，保证冶炼、铸 锭质量 为保证钢轨具有足够的耐磨性，延长钢轨使 用寿命，要求严格的控制钢轨钢的化学成分。
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钢轨大都用含碳较高的钢轧成。但是随着钢中含碳 量的增加相应的也增加了钢的脆性。因此，单纯的 增加钢内的含碳量是不够理想的。近十几年来不少 人试验证明在钢轨钢中加入适量的合金元素(铬、钛、 钼、钒等)，可以提高钢轨性能。 我国试制成功的含铜、矽、锰较高的低合金钢轨， 试用效果表明，具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。 日本研制成功的4Cr-Cu-Mo-Nb合金钢轨，不仅具有 很好的耐腐蚀性，而且强度高，σb可达到120公斤/ 毫米2。
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随着连铸技术的进步，检测技术和自动化控 制技术的结合。 钢轨生产的最佳工艺： 采用连铸异型坯，直接送万能轧机轧制，长 尺冷却、长尺矫直，采用自动化在线检测(检 查中心)等项技术，流程更短，收得率更高。
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钢轨孔型系统
普通孔型系统和万能孔型系统： 生产钢轨的坯料采用连铸矩(方)形坯或横铸矩（方) 连铸矩( 形坯，与成品钢轨断面形状上没有几何相似性，加 上在钢轨整个轧制过程中其腿部处于拉缩变形，因 此为保证成品腿高，就要求采用异形孔，首先切出 高而宽的腿部，这是钢轨孔型设计中的一个关键。 为此，无论是普通孔型法还是万能法，都必须先将 矩形坯或方坯轧成近似钢轨外形的帽形。
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钢轨的这种硬而不脆、韧而不断的技术要求， 硬而不脆、 决定了钢轨生产工艺过程的复杂性，决定了 组织钢轨生产的一个十分重要的问题就在于 保证和达到钢轨的质量要求。
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影响钢轨质量的工艺因素
由于钢轨断面形状复杂以及要求很高的技术性能， 在组织钢轨生产的过程中保证和改善钢轨质量成了 多年来研究工作的重要课题之一。许多国内外钢轨 工作者在改善断面的金属分布、进行合理的孔型设 计，组织、确定工艺过程和选择良好的热处理工序 方面都做了许多工作，并取得了显著成果。 综合起来看，影响和保证钢轨质量的工艺因素主要 有下列几个方面：
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普通孔型系统与万能孔型系统相同之处
在轧成帽形的过程中变形是不均匀的 作用：金属在轧辊的切楔作用下被强迫宽展形成宽 而厚的腿部。 为尽量减小不均匀变形，通常采用3～5个帽形孔， 帽形孔配置在二辊式可逆开坯轧机上。 粗轧轨形孔也多配置在二辊式可逆轧机上，轧件在 粗轧轨形孔中变形，并逐渐接近成品钢轨断面尺寸。
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消除重轨在冷却过程中产生白点的方法
缓冷：将钢轨冷却温度不低于500℃时，将钢轨从冷 缓冷 床上吊入缓冷坑，然后加盖缓慢冷却，一般缓冷时 间约为5～6h，然后揭盖自然冷却1.5h左右后出坑。 白点这种缺陷是由于钢中的氢气在冷却过程聚结形 成微小裂纹，这种缺陷对钢轨的使用影响很大，会 由于微小裂纹的扩展造成钢轨断裂。 等温处理： 等温处理：即将冷却至500℃左右的重轨装入链式等 温炉，进行等温处理，在550～600℃下保持2～3h， 使氢充分扩散，而不形成白点。如果采用低氢冶炼 的重轨钢，由于不含氢气，也可不必采用缓冷。
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直轧法：轨形孔水平配置 直轧法：
在轧辊上，这样可在轧辊 上配置的孔型数目增多， 但是由于孔型要有斜度， 所以轧出的钢轨轨底与腰 不垂直。孔型斜度又不能 过大，轧辊的使用寿命 也降低，不使用。
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斜wk.baidu.com法特点
将轨形孔采用斜配置 优点：减少了轧槽的切深深度，增大了轧辊强度， 而且容易重修后恢复原状，提高了轧辊的使用寿命。 缺点： 1）斜轧法使轧辊产生轴向力，为抵消轴向力，在配 辊时用上下辊的辊环斜面相接触。 2）为保证辊环的强度，需要辊环有一定的宽度，因 此在辊身上配置的孔型数相应要少。
钢轨的工作条件和受力情况是极为复杂的，至今我 们还难以确切地分析出钢轨在使用过程中的受力条 件。但多年来的实践经验证明，钢轨具有以下的技 术要求就能保证钢轨的实际使用寿命和保证机车运 行的安全。 1)良好的耐磨性:HB在301～70之间 2)足够的韧性和塑性:aK＞2.5公斤-米/厘米2 3)高的拉力强度:σb＞75公斤/毫米2 4)一定的耐疲劳性
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孔型法轧制钢轨的孔型系统特点
箱形孔有矩形箱孔和斜底箱孔之分，一般采用斜底 箱孔为多。 斜底箱孔优点：可使轧件翻钢进帽形孔时，轧件与 孔型更加吻合，而帽形孔的侧压量减小，便于咬入， 并减轻帽形孔的磨损。同时较宽的一边作为轨底， 也容易保证轨底宽度的形成。 帽孔优点：在切分轨底时，由于切分模子的作用对 轨底进行强迫宽展，可得到所要求的轨底宽度。同 时由于切分楔子对轧件的强烈加工可以细化晶粒， 提高轨底质量。
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铣头、钻眼和端头淬火 铣头、
铣头：通过专用铣床将头部铣平，并且达到所要求长度的公 铣头 差范围，在铣头之前经过长度测量，若长度较大，可通过冷 锯锯切后再铣端面，以提高铣端面的效率。 钻眼：为了在使用时用鱼尾板进行钢轨之间的连接。也是在 钻眼 专用机床上进行，并实现钻眼后倒棱，提高了钻眼的质量。 轨端淬火：为了提高端头的耐冲击性，以延长使用寿命，轨 轨端淬火 瑞淬火采用中频感应加热，然后喷水冷却，自身回火。表面 形成回火马氏体组织，而下层为屈氏体，索氏体，提高了轨 端的耐磨性和强韧性。
磨损较严重、轧制能耗也较高。
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万能轧制法
使用万能轧机轧制钢轨称万能轧制法。万能 轧机是由一对水平辊及一对立辊所组成的孔 型。 万能轧制法轧制钢轨先由二辊或三辊轧机开 坯，轧制出轨形坯之后，再进万能轧机轧制。 开坯轧出的轨形坯不均匀变形不是很严重， 故孔型轧制法的不足在开坯轧制中不明显。
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万能轧制法生产钢轨
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1) 改进钢轨断面的金属分配，增加钢轨单重 改进钢轨断面的金属分配，
钢轨沿断面各部分金属的合理分布经历了一段为时 较长的发展过程。 最初是方形的 十九世纪中叶发展成为由头部、腰部和底部组成的 轨形断面 随着对铁路运输日益提高的要求，断面形状又由不 平衡型向平衡型发展。 为保证钢轨有较大的纵向和横向抗弯截面模数又增 加轨底宽度和高度。
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在该孔利用轧件温度较高使之产生较为强烈的不均 匀变形而得到轨形轧件，然后再通过轨形孔轧制时 变形就较为均匀了。 斜轧时轨形孔的开闭口前后两道次互相调换，对轧 件加工和变形有利，并可轧出轨底与腰垂直的钢轨。
轨形切分孔作用 轨形切分孔作用：是由帽形孔向轨形孔的过渡孔。 作用：
孔型轧制法： 孔型轧制法： 1、在三辊水平轧机上生产，设备结构较为简单。 2、在轧制过程中，轧件不均匀变形严重，致使轧辊
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短流程工艺
短流程工艺：以废钢为主要原料，经电炉粗
炼、LF炉精炼、VD炉脱气后送连铸机铸成所 需尺寸的钢坯。其后部工艺与长流程相同。
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两种工艺的比较
相同工序：精炼、脱气、连铸、万能轧制等，
这些正是现代钢轨生产工艺的主要特征。它 体现了钢轨生产“三精”的基本要求，即精 炼，精轧、精整。它所生产的钢轨不仅具有 精确的断面尺寸，而且具有良好的内在质量。 传统模铸加普通孔型法轧制工艺根本无法比 拟。