專利名稱：軋輥、用于軋制鋼軌的設(shè)備和鋼軌軋制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋輥、用于矯直鋼軌的設(shè)備和鋼軌軋制方法。
背景技術(shù)：
鋼軌軋制過程包括對加熱的鋼軌依次進行開坯軋制、中間軋制和精軋以及在鋼軌 冷卻后進行矯直。矯直后可以通過無損探傷等方式檢測鋼軌的殘余應(yīng)力。國內(nèi)外研究表明， 鋼軌殘余應(yīng)力的大小和分布將嚴重影響鋼軌的使用性能。鋼軌殘余應(yīng)力越小，對鋼軌使用 安全越有利。由于鋼軌殘余應(yīng)力是在鋼軌軋制過程中形成的，因此，現(xiàn)有技術(shù)中為了控制或 降低鋼軌殘余應(yīng)力通常采用方法是降低鋼軌矯前彎曲度和矯直壓下量。降低鋼軌矯前彎曲 度的目的是為鋼軌矯直時降低矯直壓下量提供前提條件，也就是在滿足鋼軌矯直后平直度 要求的同時，盡量降低矯直壓下量，從而降低因矯直過程帶來鋼軌殘余應(yīng)力增加過大的影 響。由于降低了矯直壓下量，這會影響鋼軌的矯直效果，影響鋼軌的成型性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種軋輥、一種用于軋制鋼軌的設(shè)備和一種能夠保證矯直效 果并降低鋼軌殘余應(yīng)力的鋼軌軋制方法。本發(fā)明的軋輥為回轉(zhuǎn)體，該回轉(zhuǎn)體的縱截面的兩側(cè)的至少一部分為對稱的凹進的 弧形，該凹進的弧形的中點與所述縱截面的兩側(cè)的中點一致。本發(fā)明的用于軋制鋼軌的設(shè)備包括一對水平輥和一對立輥，所述一對水平輥分別 用于成型鋼軌兩側(cè)的軌腰，所述一對立輥分別用于成型鋼軌的軌頭和軌底，其中，用于成型 所述鋼軌的軌底的立輥為本發(fā)明的軋輥。本發(fā)明的鋼軌軋制方法包括該方法包括對鋼軌進行中間軋制，其中，使用本發(fā)明 的用于軋制鋼軌的設(shè)備對鋼軌進行中間軋制，使得鋼軌的軌底具有朝外凸出的部分。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鋼軌的殘余應(yīng)力主要集中在鋼軌的軌底，特別是鋼 軌冷卻和矯直時對軌底的中部會產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而導致軌底的中部出現(xiàn)殘余應(yīng)力集中。本 發(fā)明的鋼軌軋制方法通過鋼軌的熱軋中間軋制使得軌底具有朝外凸出的部分，由于軌底具 有朝外凸出的部分且軌底中部的凸起程度最大，精軋時軌底中部的變形大于軌底的其它部 分。這種變形方式導致軌底兩端限制軌底中部的變形，從而使軌底的中部產(chǎn)生壓應(yīng)力并使 軌底的兩端產(chǎn)生拉應(yīng)力。也就是精軋在軌底形成中部壓應(yīng)力且兩端拉應(yīng)力的應(yīng)力分布狀態(tài) 并使該應(yīng)力狀態(tài)保留下來。雖然在鋼軌冷卻過程中，會在軌底的中部產(chǎn)生拉應(yīng)力，但這種拉 應(yīng)力可以通過精軋后保留在軌底的中部的壓應(yīng)力部分抵消或完全抵消。因此，在冷卻后，可 以降低軌底的中部的殘余應(yīng)力，甚至可以使軌底的中部仍存在壓應(yīng)力。因此，在最終矯直 后，軌底的殘余應(yīng)力顯著降低。


圖1是顯示本發(fā)明的軋輥的縱截面形狀的示意圖2是中間軋制后鋼軌的橫截面視圖；圖3是矯直后鋼軌的橫截面視圖；圖4是矯直過程的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的軋輥為回轉(zhuǎn)體，該回轉(zhuǎn)體的縱截面的兩側(cè)的至少一部分為對稱的凹進的 弧形，該凹進的弧形的中點與所述縱截面的兩側(cè)的中點一致。優(yōu)選地，所述縱截面的兩側(cè)整體上為對稱的凹進的弧形。所述凹進的弧形可以是圓或橢圓的一部分。優(yōu)選地，如圖1所示，所述弧形為圓弧 形A^A。也就是所述軋輥的輥面包括凹球面的一部分。更優(yōu)選地，圓弧形A ^A的弦高可 以為2. 7mm-3. 9mm,弦長可以為200mm-300mm ；可選擇地，可以使圓弧形A彳A的曲率半徑為 20m-45m，從而使所述軋輥具有適當彎曲程度的凹球面。本發(fā)明的用于軋制鋼軌的設(shè)備包括一對水平輥和一對立輥，所述一對水平輥分別 用于成型鋼軌兩側(cè)的軌腰，所述一對立輥分別用于成型鋼軌的軌頭和軌底，其中，用于成型 所述鋼軌的軌底的立輥為本發(fā)明的軋輥。下文中將用于成型所述鋼軌的軌底的立輥簡稱為 軌底立輥?？梢酝ㄟ^對現(xiàn)有的萬能可逆孔型軋機進行改進來得到本發(fā)明的用于軋制鋼軌的 設(shè)備，即用本發(fā)明的軋輥作為萬能可逆孔型軋機的軌底立輥。與鋼軌的軌頭和腰部接觸的 輥可以使用萬能可逆孔型軋機原有的輥，從而與軌底立輥形成UR孔型(萬能中間軋制孔 型)。中間軋制前，通過調(diào)整所述一對立輥和一對水平輥的位置以得到所需的UR孔型。中 間軋制時，所述一對立輥和一對水平輥繞各自的軸線轉(zhuǎn)動并分別與鋼軌的軌頭、軌底和兩 個軌腰接觸以進行軋制。鋼軌經(jīng)中間軋制后形成與UR孔型的形狀一致的橫截面形狀(如 圖2所示)。優(yōu)選地，如圖1所示，軌底立輥的縱截面的兩側(cè)整體上形成為圓弧形以下 稱為軌底立輥的圓弧形η圓弧形A^A的弦高用m表示，弦長為立輥的高度h。本發(fā)明的鋼軌軋制方法包括對鋼軌進行中間軋制，其中，使用本發(fā)明的用于軋制 鋼軌的設(shè)備對鋼軌進行中間軋制，使得鋼軌的軌底具有朝外凸出的部分。將鋼軌加熱后，依 次對所述鋼軌進行開坯軋制、中間軋制、精軋和矯直，其中，使用本發(fā)明的用于軋制鋼軌的 設(shè)備對所述開坯軋制后的鋼軌進行可逆中間軋制，使得鋼軌的軌底具有朝外凸出的部分， 然后通過精軋和矯直使得軌底平直。最終鋼軌的橫截面形狀如圖3所示。由于使用了本發(fā)明的用于軋制鋼軌的設(shè)備進行中間軋制，鋼軌經(jīng)過中間軋制后， 鋼軌的橫截面如圖2所示，鋼軌的軌底形成圓弧形B彳B(以下稱為軌底的圓弧形B^B) 且軌底的圓弧形B^B至少為軌底立輥的圓弧形A彳A的一部分。其中，鋼軌的軌底的高 度差的最大值為軌底的圓弧形B^B的弦高。另外，由于鋼軌的軌底的寬度w小于軌底立輥的高度h(即軌底立輥的圓弧形 A-A的弦長)，所以軋制時軌底并不是與軌底立輥的整個表面接觸。因此，軌底并不形成 與軌底立輥的輥面完全對應(yīng)的形狀，而是與輥面的中部對應(yīng)的形狀。也就是說，所述軌底立 輥的輥面具有與軌底接觸的部分和不與軌底接觸的部分，其中，將所述軌底立輥的與軌底 接觸的部分定義為完全接觸部分，該完全接觸部分的寬度與軌底的寬度一致。也就是說，如圖1所示，所述完全接觸部分形成的圓弧形C^c是軌底的圓弧形A^A的一部分并與中 間軋制后軌底的圓弧形B彳B相同。鋼軌的軌底的寬度近似等于中間軋制后軌底的圓弧形 B^B的弦長W。因此，圓弧形B^B和圓弧形C^C的弦長均可以用w表示，弦高均用mQ表不。另外，由圖1和數(shù)學常識可知，軌底立輥的圓弧形A彳A的弦高m的大小取決于弦 長(即軌底立輥的高度h)和輥面的彎曲程度。因此，可以根據(jù)軌底的寬度w和所需的變 形量(即弦高Hltl)選擇高度和輥面彎曲程度適當?shù)能壍琢⑤仭Ｓ捎阡撥壍能壍讓挾韧ǔ?110mm-155mm，優(yōu)選地，為了對軌底施加適當?shù)淖冃我愿玫貙崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，可以使軌 底立輥的圓弧形A彳A的弦高m為2. 7mm-3. 9mm,弦長h為200mm-300mm，從而使精軋后的 軌底的圓弧形B 一 B的弦高mQ為0. 5謹-1. 0謹，弦長w為110mm-155mm。本發(fā)明的鋼軌軋制方法還包括在對所述鋼軌進行中間軋制前，將所述鋼軌加熱 并對所述鋼軌進行開坯軋制，以及在對所述鋼軌進行中間軋制后，對所述鋼軌進行精軋和 矯直并使得軌底平直。其中，開坯軋制可以使用開坯軋制機架進行軋制，鋼軌的精軋可以采用萬能孔型 精軋，也就是使用萬能孔型精軋機進行軋制。所述萬能孔型精軋機通過由一對水平輥和一 對立輥形成的UF孔型(萬能精軋孔型)進行精軋。開坯軋制、萬能孔型中間軋制和萬能孔 型精軋是本領(lǐng)域公知的軋制方法，開坯軋制機架、萬能可逆孔型軋機和萬能孔型精軋機的 操作和使用方法也是本領(lǐng)域公知的，在此不做詳細說明。通常，矯直采用輥式矯直，即通過與鋼軌的軌頭和軌底接觸的多個矯直輥進行，例 如，可以通過圖4所示的上下兩排輥組進行矯直，其中，1#輥、3#輥、5#輥、7#輥和9#輥與 鋼軌的軌底接觸且沿垂直方向位置固定，姊輥、4#輥、6#輥和8#輥與鋼軌的軌頭接觸并可 以沿垂直方向調(diào)節(jié)位置以調(diào)整壓下量。根據(jù)不同規(guī)格的鋼軌可以設(shè)定相應(yīng)的開坯軋制和中間軋制的軋制道次，精軋和矯 直通常為一道次。下面具體說明本發(fā)明的鋼軌軋制方法。首先，將鋼軌加熱到所需的溫度，所述鋼軌的加熱溫度為1210°C -1250°C ；所述開 坯軋制的軋制溫度為1150°C -1180°C，截面收縮率為78. 5% -81. 2%，軋制10道次；所述中 間軋制的軋制溫度為1020°C -1060°C，所述中間軋制的截面收縮率為61. 4% -64. 7%，軋制 4道次；所述精軋的軋制溫度為890°C _950°C，截面縮率為4. 7% -7. 5%，精軋使得軌底朝 外凸出并形成圖2所示的形狀；所述矯直的壓下量為29. 5-40mm。精軋后使鋼軌冷卻1. 5-3 個小時，然后進行矯直。矯直時鋼軌的放置狀態(tài)為軌頭朝上軌底朝下。矯直時，矯直的總壓 下量為29. 5-40mm，例如可以使2#輥、4#輥、6#輥和8#輥的壓下量分別為14. 0-17. 0mm、 11. 0-14. 0mm、4. 0-7. 0mm、0. 5-2. 0mm，從而得到各種規(guī)格的鋼軌。下面通過實施例說明本發(fā)明的鋼軌軋制方法的優(yōu)點。實施例1對萬能可逆孔型軋機進行改進以得到本發(fā)明的用于軋制鋼軌的設(shè)備，該改進為用 本發(fā)明的軋輥作為德國西馬克公司制造的用于軋制鋼軌底寬度小于250mm以下的各種類 型鋼軌的萬能軋機機組的萬能可逆孔型軋機的軌底立輥。使用U75V材料軋制75kg/m鋼軌；首先將鋼軌坯料加熱至1210°C以進行開坯軋 制，開坯軋制的截面收縮率為78. 5% ；使用上述改進的萬能可逆孔型軋機在1060°C進行中間軋制，中間軋制的截面收縮率為61. 7% ；使用萬能孔型精軋機在950°C進行精軋，精軋的 截面收縮率為4. 7%;鋼軌冷卻3小時后，鋼軌溫度低于60°C，使用輥式矯直機進行矯直，矯 直壓下量為40mm，其中，姊輥、4#輥、6#輥和8#輥的壓下量分別為17mm、14mm、7mm、2mm，最 終得到規(guī)格為75kg/m的鋼軌；矯直后采用貼電阻應(yīng)變片測試應(yīng)變的方法測得鋼軌的殘余 應(yīng)力，結(jié)果如表1所示。其中，萬能可逆孔型軋機的軌底立輥的高度為^Omm,軌底立輥的圓 弧形A彳A的弦高m為3. 49mm,完全接觸部分形成的圓弧形C^C的弦高Hi0為1. 0mm。實施例2按照實施例1的方式軋制68kg/m鋼軌，不同之處在于將鋼軌坯料加熱至1220°C 以進行開坯軋制，開坯軋制的截面收縮率為79. 3% ；使用改進的萬能可逆孔型軋機在 1060°C進行中間軋制，中間軋制的截面收縮率為62. 5%;使用萬能孔型精軋機在940°C進行 精軋，精軋的截面收縮率為5. ；鋼軌冷卻2. 5個小時后，使用輥式矯直機進行矯直，矯直 壓下量為37. 5_，其中，邶輥、4#輥、6#輥和8#輥的壓下量分別為16mm、14mm、6mm、l. 5mm, 以得到規(guī)格為68kg/m的鋼軌。其中，萬能可逆孔型軋機的軌底立輥的圓弧形A彳A的弦高 m為3. 09mm,完全接觸部分形成的圓弧形C^C的弦高Hitl為0. 9mm。實施例3按照實施例1的方式軋制60kg/m鋼軌，不同之處在于將鋼軌坯料加熱至1230°C 以進行開坯軋制，開坯軋制的截面收縮率為80. 6% ；使用改進的萬能可逆孔型軋機在 1050°C進行中間軋制，中間軋制的截面收縮率為62. 4%;使用萬能孔型精軋機在920°C進行 精軋，精軋的截面收縮率為5. 5%,；鋼軌冷卻2. 5個小時后，使用輥式矯直機進行矯直，矯 直壓下量為35mm，其中，2#輥、4#輥、6#輥和8#輥的壓下量分別為15mm、13mm、6mm、1mm，以 得到規(guī)格為60kg/m的鋼軌。其中，萬能可逆孔型軋機的軌底立輥的圓弧形A彳A的弦高m 為2. 79mm,完全接觸部分形成的圓弧形C^C的弦高Hitl為0. 8mm。實施例4按照實施例1的方式軋制50kg/m鋼軌，不同之處在于將鋼軌坯料加熱至1240°C 以進行開坯軋制，開坯軋制的截面收縮率為80. 8% ；使用改進的萬能可逆孔型軋機在 1040°C進行中間軋制，中間軋制的截面收縮率為63.9% ；使用萬能孔型精軋機在910°C進 行精軋，精軋的截面收縮率為6. 7% ；鋼軌冷卻2個小時后，使用輥式矯直機進行矯直，矯直 壓下量為33mm，其中，2#輥、4#輥、6#輥和8#輥的壓下量分別為15mm、12mm、5mm、1mm，以得 到規(guī)格為50kg/m的鋼軌。其中，萬能可逆孔型軋機的軌底立輥的圓弧形A ^A的弦高m為 3. 15mm,完全接觸部分形成的圓弧形C 一 C的弦高mQ為0. 7mm。實施例5按照實施例1的方式軋制43kg/m鋼軌，不同之處在于將鋼軌坯料加熱至1250°C 以進行開坯軋制，開坯軋制的截面收縮率為81. 2% ；使用改進的萬能可逆孔型軋機在 1020°C進行中間軋制，中間軋制的截面收縮率為64. 7%;使用萬能孔型精軋機在890°C進行 精軋，精軋的截面收縮率為7. 5% ；鋼軌冷卻1. 5個小時后，使用輥式矯直機進行矯直，矯直 壓下量為29. 5mm，其中，邶輥、4#輥、6#輥和8#輥的壓下量分別為14謹、11謹、4謹、0. 5謹， 以得到規(guī)格為43kg/m的鋼軌。萬能可逆孔型軋機的軌底立輥的圓弧形A^A的弦高m為 3. 02mm,完全接觸部分形成的圓弧形C^C的弦高Hitl為0. 5mm。對比例1
按照實施例1的方式軋制鋼軌，不同之處在于中間軋制時使用使用輥面的縱截 面兩側(cè)無凹進的弧形的、輥面平直的軌底立輥進行中間軋制。實施例1-5和對比例1中的萬能可逆孔型軋機的軌底立輥的高度h、軌底立輥的圓 弧形A彳A的弦高m、中間軋制后軌底的弧形B^B的弦高Hi0 (完全接觸部分形成的圓弧形 C-C的弦高)、軌底的寬度w以及矯直前后測得的軌底的中部的殘余應(yīng)力如表1所示。其 中殘余應(yīng)力的正負值分別表示拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，序號1-5為實施例1-5，序號6為對比例1。
權(quán)利要求
1.一種軋輥，其特征在于，所述軋輥為回轉(zhuǎn)體，該回轉(zhuǎn)體的縱截面的兩側(cè)的至少一部分 為對稱的凹進的弧形，該凹進的弧形的中點與所述縱截面的兩側(cè)的中點一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋輥，其中，所述縱截面的兩側(cè)整體上為對稱的凹進的弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋輥，其中，所述凹進的弧形為圓弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軋輥，其中，所述圓弧形的弦高為2.7mm-3.9mm，弦長為 200mm-300mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軋輥，其中，所述圓弧形的曲率半徑為20m-45m。
6.一種用于軋制鋼軌的設(shè)備，該設(shè)備包括一對水平輥和一對立輥，所述一對水平輥分 別用于成型鋼軌兩側(cè)的軌腰，所述一對立輥分別用于成型鋼軌的軌頭和軌底，其特征在于， 用于成型所述鋼軌的軌底的立輥為權(quán)利要求1-5中任意一項所述的軋輥。
7.一種鋼軌軋制方法，該方法包括對鋼軌進行中間軋制，其中，使用權(quán)利要求5所述的 用于軋制鋼軌的設(shè)備對鋼軌進行中間軋制，使得鋼軌的軌底具有朝外凸出的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼軌軋制方法，其中，所述精軋的軋制溫度為890°C-950 截面收縮率為4. 7% -7. 5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的鋼軌軋制方法，其中，所述朝外凸出的部分的橫截面為圓 弧形，所述圓弧形的弦高為0. 5mm-1. 0mm，弦長為110mm-155mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的鋼軌軋制方法，其中，所述方法還包括在對所述鋼軌進 行中間軋制前，將所述鋼軌加熱并對所述鋼軌進行開坯軋制，以及在對所述鋼軌進行中間 軋制后，對所述鋼軌進行精軋和矯直并使得軌底平直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鋼軌軋制方法，其中，所述精軋為萬能孔型精軋。
12.根據(jù)權(quán)利要求10中任意一項所述的鋼軌軋制方法，其中，所述鋼軌的加熱 溫度為1210°C -1250 °C ；所述開坯軋制的軋制溫度為1150°C _1180°C，截面收縮率為 78.5% -81.2% ；所述中間軋制的溫度為1020°C -1060°C，所述中間軋制的截面收縮率為 61. 4% -64. 7% ；所述矯直的壓下量為29. 5mm-40mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種軋輥，所述軋輥為回轉(zhuǎn)體，該回轉(zhuǎn)體的縱截面的兩側(cè)的至少一部分為對稱的凹進的弧形，該凹進的弧形的中點與所述縱截面的兩側(cè)的中點一致。本發(fā)明還提供一種用于軋制鋼軌的設(shè)備，該設(shè)備一對水平輥和一對立輥，所述一對水平輥分別用于成型鋼軌兩側(cè)的軌腰，所述一對立輥分別用于成型鋼軌的軌頭和軌底，其中，用于成型所述鋼軌的軌底的立輥為本發(fā)明的軋輥。本發(fā)明還提供一種鋼軌軋制方法包括該方法包括對鋼軌進行中間軋制，其中，使用本發(fā)明的用于軋制鋼軌的設(shè)備對鋼軌進行中間軋制，使得鋼軌的軌底具有朝外凸出的部分。從而在精軋和矯直后可以有效地降低軋制后鋼軌的殘余應(yīng)力。
文檔編號B21B1/085GK102049415SQ20091021235
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者李敘生, 王代文, 鄧勇, 郭華, 陶功明 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司, 攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司