近年來，鐵路的提速對鋼軌的性能要求越來越高，尤其是高鐵的快速發(fā)展與普及，引發(fā)了各國對重軌的高度重視。而重軌的生產(chǎn)工藝中熱處理的工藝又是及其重要，而只有合格的熱處理工藝才能獲得到理想的微觀結(jié)構(gòu)和高強度性能的重軌，最終得到長久的使用壽命。本期就讓我們來了解下西門子與CSM合作開發(fā)的idRHa+®鋼軌硬化技術(shù)。

視頻：idRHa+®鋼軌硬化技術(shù)

隨著國家高鐵的輸出和自身的發(fā)展，我國早已對重軌的生產(chǎn)工藝尤其是熱處理工藝進行了升級，比如包鋼引進的“雙相鋼軌噴射硬化系統(tǒng)”，就是典型的代表之一，正式因為采用這項技術(shù)可以提高產(chǎn)品的機械性能，同時可以使鋼軌的服役時間增加到普通未經(jīng)

過處理鋼軌的三倍。

那么這個“雙相鋼軌噴射硬化系統(tǒng)”究竟有什么獨到之處呢？

1、適用范圍廣

雙相鋼軌噴射硬化系統(tǒng)（idRHa+®）可以處理珠光體或者貝氏體鋼軌并且對在線和離線處理都適用。

2、高度靈活

由于這種系統(tǒng)的靈活度，使得采用一種專用的冷卻工藝和對鋼軌斷面溫度擴散的嚴格控制成為了可能。為了控制整個過程中的微觀組織演變，這種冷卻工藝在整條線運輸?shù)那昂蠖加胁捎谩?/p>

3、通過完整的熱力學和冶金學模型計算出處理相應(yīng)產(chǎn)品所需數(shù)值

這種冷卻工藝是由完整的熱力學和冶金學模型計算得出的。為了將數(shù)值分析模擬出的熱處理工藝進行驗證，一些實驗已經(jīng)在中間工廠完成。結(jié)果顯示：通過創(chuàng)新的靈活的系統(tǒng)，鐵路硬化和過程控制中的應(yīng)用得到優(yōu)化的冷卻策略的改進。

4、可獲得更細的和更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，并提高機械性能。

此工藝采用一種嚴格受到控制的熱處理工藝，在鋼軌上使用此方法直到顯著數(shù)量的奧氏體轉(zhuǎn)化（在導軌上表面的至少50％，軌頭芯部的不低于20％）。這意味著，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度維持在一個狹窄的理想頻帶，從而避免產(chǎn)生不希望得到的次級結(jié)構(gòu)的風險：如貝氏體軌中的馬氏體和珠光體鋼軌中的馬氏體/貝氏體。奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的嚴格控制是通過一個過程控制系統(tǒng)管理的，是由一個適宜長度的專用靈活裝置，再配備多手段控制冷卻裝置得到的。

5、保證了重軌橫截面上每一處所希望獲得的硬度均勻化和縱向的硬度均勻化和微觀結(jié)構(gòu)的均勻化

雖然此系統(tǒng)看起來非常復雜，但是卻有著一種獨特的操作靈活性的特點 該idRHa+鋼軌硬化系統(tǒng)由一組相互協(xié)調(diào)的設(shè)備集成，每一個設(shè)備都具有特定的功能和技術(shù)目的。該系統(tǒng)是完全模塊化的，以便它可以根據(jù)工藝需要，對生產(chǎn)率的要求和現(xiàn)有工廠的限制以多種配置進行組裝。

各功能單元的設(shè)計給予了最大的適應(yīng)性且具有相同效率來處理任何尺寸和等級的鋼軌。為了在線應(yīng)用程序，在經(jīng)過精軋機或下游的冷卻床后，鋼軌由一個導軌轉(zhuǎn)動系統(tǒng)垂直舉起，轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心可以橫向地調(diào)整從而得到任何大小的鋼軌以送入其右側(cè)上游位置的idRHa+產(chǎn)線。熱鋼軌在其長度方向可以彎曲活著有突起部分，尤其是在端部的第一米內(nèi)。因此，有一個熱矯直單元放置在熱處理設(shè)備前是非常有用的，其通過由一組垂直可調(diào)的壓緊輥施加軟塑性變形恢復的導軌的平直度。

一組的感應(yīng)加熱裝置中，至少有兩個提供熱能，以平衡鋼軌沿長度方向的溫度并調(diào)節(jié)鋼軌斷面的溫度分布；為了使整體能量有足夠的緩沖區(qū)來恢復其在鋼軌長度方向和鋼軌斷面的溫度梯度，一個典型的在線idRHa+處理系統(tǒng)的裝機功率為每軋一噸鋼30-35kWh，這意味著對于150噸/小時的生產(chǎn)率的安裝功率大約5MW。感應(yīng)單元的設(shè)置是由有限元建模分析預(yù)先定義的，并根據(jù)實際操作時檢測的該溫度分布進行動態(tài)調(diào)整。

感應(yīng)加熱器的設(shè)計是非常重要的，在很短的時間和在有限的空間里有選擇性的和高效的將高功率密度傳送到鋼軌。感應(yīng)加熱器（線圈）對鋼軌的頭部和底部分開加熱，為了達到最大效率通過單獨的設(shè)計成IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的功率變換器對其供能，同時此技術(shù)可優(yōu)化控制其能耗。

感應(yīng)加熱器為了應(yīng)對可能出現(xiàn)的未矯直的鋼軌和包括不對稱鋼軌在內(nèi)的不同尺寸和形狀的鋼軌，其在垂直和水平軸向是可調(diào)節(jié)的。鋼軌由水平和垂直方向的夾輥引導通過感應(yīng)線圈，同時由軋輥上的輪廓跟蹤裝置來避免鋼軌和陶瓷壁接觸的危險。

由感應(yīng)單元加熱后，鋼軌進入稱為idRHa+技術(shù)核心的冷卻區(qū)域中。如之前所述，該生產(chǎn)線由一些冷卻模塊依次組成，其總程度能保證足夠的時間以在鋼軌頭部的大部分奧氏體（表面>50％，芯部>20％）的轉(zhuǎn)化。

每個模塊都配備了一組冷卻坡度有選擇性的作用在鋼軌上的一部分，以給予適當?shù)膫鳠嵯禂?shù)以達到所需的性能，他們也有在鋼軌截面保持均衡的溫度梯度以遏制過量變形的功能。冷卻裝置可用霧化霧噴嘴，可以搭配不同的冷卻介質(zhì)和噴氣葉片；產(chǎn)線上適當?shù)睦鋮s裝置組合和其充分的可替換性給予了該系統(tǒng)配合任何不同工藝要求的絕對靈活性。該冷卻器的位置是可調(diào)的凸輪系統(tǒng)，以和鋼軌保持適當?shù)木嚯x達到最優(yōu)化的冷卻效果，以適應(yīng)不同尺寸的鋼軌的處理，包括非對稱軌道。冷卻器安裝在液壓傾斜的坡道，以方便維護操作。這些模塊是由蓋子密封的，并配有抽氣系統(tǒng)抽走產(chǎn)生的蒸汽，其蓋子有液壓系統(tǒng)控制開閉，便于打開。

每個模塊都配備有一組擺動液壓壓緊輥，保持鋼軌在橫向夾住以通過冷卻裝置；該設(shè)備的特定的設(shè)計使得它適應(yīng)任何尺寸和形狀的鋼軌。在各模塊之間，有許多裝有垂直空轉(zhuǎn)輥的水平壓緊輥，以保持在鋼軌中心和鋼軌長度方向不變形。

總結(jié)

該idRHa+®鋼軌硬化技術(shù)由西門子與CSM合作開發(fā)，幾個創(chuàng)新的設(shè)計特點使它成為當下市場上最靈活，最高效的設(shè)備。IdRHa+®由一個嵌入式技術(shù)形成，該技術(shù)經(jīng)過復雜的數(shù)值模型和廣泛的工業(yè)級試驗裝置中得到實驗數(shù)據(jù)共同作用而成。該綜合方法結(jié)合量身定制的分析和樣品鋼軌的試驗，因此西門子和CSM成為了所有鐵軌生產(chǎn)者的理想的產(chǎn)品生命周期的合作伙伴，同時又可以作為其內(nèi)部生產(chǎn)技術(shù)的一個補充。

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