钢轨热处理喷风冷却超音速仿形喷嘴设计及仿真

针对钢轨风冷淬火技术存在的冷却能力弱和冷却均匀性差的突出问题,设计了超音速仿形喷嘴(SP喷嘴),通过超音速射流提高冷却能力,通过对钢轨轨头结构的仿形提高冷却均匀性。使用数值仿真结合试验研究了SP喷嘴对钢轨换热特性的影响。结果表明,SP喷嘴较现有的圆形常速喷嘴、圆形超音速喷嘴和常速仿形喷嘴的冷却能力分别提高了54.22%、13.88%和47.01%,冷却均匀性分别提高了31.11%、31.11%和6.06%。生产时,调节SP喷嘴入口压力,使高温钢轨在冷却至相变结束温度之前(约500℃)以接近但不大于其珠光体转变临界冷却速率的速率进行冷却,之后尽可能增大喷嘴入口压力,有利于在保证钢轨热处理性能的前提下提高生产效率。

合金元素含量波动对U78CrV钢轨珠光体转变临界冷却速率的影响

珠光体转变临界冷却速率(ν_(c))是U78CrV钢轨热处理过程中的重要参数,但其值并不固定,而是随着合金元素含量的波动而变化。研究了主要合金元素含量对U78CrV钢轨ν_(c)的影响,建立了基于C、Mn、Si、Cr和V元素含量的ν_(c)动态预测模型。随着合金元素含量的波动,U78CrV钢轨的ν_(c)在3~6℃/s范围内变化,若不明确所生产批次钢轨的具体合金元素含量,则其热处理的冷却速率应不大于3℃/s。合金元素含量对ν_(c)的影响程度为ω(Si)>ω(Mn)>ω(Cr)>ω(V)=ω(C)。生产时,检测钢轨的实际合金成分含量,将含量带入预测模型中得到预测的ν_(c),以接近但不超过预测ν_(c)的速度进行冷却,有助于得到更高性能的热处理钢轨。