CN101629270A - 一种石墨铸钢及其用途和碳素钢钢轨的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨铸钢及其用途和碳素钢钢轨的轧制方法，属于冶金领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种石墨铸钢，该石墨铸钢制成的轧辊可以防止粘钢现象发生。本发明石墨铸钢，其化学成分的重量百分为：C 1.0～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.3～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤1.8％，Mo≤0.8％，Ni≤3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明石墨铸钢，通过添加特定比例的化学成分，制成的轧辊可以有效防止粘钢现象产生，避免钢轨表面产生轧疤缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨铸钢及其用途和碳素钢钢轨的轧制方法，属于冶金领域。
背景技术
钢轨在轧制过程中，由于钢轨材质或轧制工艺等多种原因，常在轨头、轨底和其他部位的表面产生各种形态的缺陷。钢轨表面的缺陷不仅影响产品的外观形象，严重的缺陷将危及列车的行车舒适性和安全性。据此，相关部门对钢轨的质量做了明文规定。如：在TB/T2344-2003《43kg/m～75kg/m热轧钢轨订货技术条件》中规定了钢轨表面不应有裂纹，踏面和其他部位在热状态下形成的热刮伤、轧痕、纵向线纹、折叠、氧化铁皮压入等缺陷深度不大于0.5mm。又如：《350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》中规定了踏面缺陷深度应小于0.35mm。
目前，钢轨一般都采用万能轧机进行轧制，所用材质为LA、U71Mn、U75V等碳素钢。由于在高温轧制时，变形抗力小，特别是在精轧机轧件变形量小的工艺条件下，轧件上的次生氧化铁皮不易剥落，极易出现轧辊粘铁皮，导致轨底内侧面产生的轧疤缺陷。钢轨的轧制分为全万能轧制方法和半万能轧制方法，全万能轧制方法的轧辊出现粘铁皮现象较少，由于技术缺陷，全万能轧制方法不能保证钢轨头部的最终形状，因此，一般只在初轧时使用全万能轧制方法。半万能轧制方法(上下各一个辊，底部一个辊)能较好地保证钢轨轨头顶部的最终形状，但采用半万能轧制法在钢轨轨底内侧易产生氧化铁皮粘结现象。UF精轧机为常用的钢轨轧制终轧机(终轧采用半万能轧制方法)，其轨底内侧极易粘氧化铁皮，一般每轧20-30支钢轨就必须花15分钟左右的时间修磨粘结的氧化铁皮。经过研究人员多年的努力，在减少轧疤缺陷产生的方法上取得了一定的进展。
如：“钢轨表面结疤缺陷的检验和分析.任安超、吉玉、蒋跃东.武汉工程职业技术学院学报，2005年9月，第17卷第3期”公开了：形成热轧钢材表面缺陷的主要原因是由连铸坯带来的，连铸坯中的皮下夹杂和皮下气泡所致，钢中的低倍夹杂和氧含量高也是产生这一缺陷的原因。要想减少钢轨表面缺陷，应做好以下几个方面的工作：a)调整生产工艺，减少铸坯上的皮下夹杂和皮下气泡；b)对铸坯表面进行打磨清理，且轧制时进行高压水除鳞；c)进行阶段性的设备检查，以免轧辊缺损等情况发生。但钢坯皮下气泡和夹杂物是钢坯特别是连铸方坯不可避免的缺陷，难以稳定控制，且对钢坯进行打磨是不但金属损耗大而且效率极低下，批量生产中无法满足工艺需求。
又如：“斜轧穿孔顶头表面粘钢的探讨.王克智、宋箭平、张维敬等.钢管，1995年第5期”公开了：顶头表面粘钢现象的产生与轧制压力尤其与摩擦力和顶头表面温度有关，引起顶头的粘着损伤的界面键主要是这种短程的原子结合力，即金属键，它是导致穿孔顶头表面粘钢的根本原因。提高顶头表面抗粘钢性能的措施：a)提高顶头材料的高温强度，即减小材料的软化常数p值；b)采用热传导性能良好的材料作为顶头材料，在一定的壁厚前提下，提高顶头的内冷水压，或采用顶头与顶杆循环使用的方法来改善顶头的冷却条件；c)在顶头表面形成具有润滑或隔热性能的涂层，防止粘着点萌生.避免粘着点长大。例如使顶头表面形成致密的抵抗微凸体穿透性能良好的氧化层，并使顶头具有自润滑、自隔热性能。该方法只是介绍了粘钢现象的原理，对于何种材质才具备上述特性，该方法没有介绍.并且不同的原料材质和加工方法其产生粘结的现象是完全不同的。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种石墨铸钢，该石墨铸钢制成的轧辊可以防止粘钢现象发生。
本发明石墨铸钢，其化学成分的重量百分比为：C 1.0～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn0.3～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤1.8％，Mo≤0.8％，Ni≤3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，为了使本发明石墨铸钢的硬度和耐磨性更好，本发明石墨铸钢的化学成分的重量百分比优选为：C 1.7～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.5～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr 0.8～1.8％，Mo 0.2～0.8％，Ni 1.8～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，为了使本发明石墨铸钢的韧性更好，本发明石墨铸钢的化学成分的重量百分比优选为：C 1.0～1.6％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤0.4％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，本发明石墨铸钢中的索氏体含量为72～78％，石墨含量为2～8％，合金碳化物含量为18～22％。
本发明石墨铸钢的冶炼采用常规石墨铸钢冶炼方法冶炼即可。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种碳素钢钢轨的轧制方法，该方法可防止钢轨表面轧疤缺陷的产生。
本发明碳素钢钢轨的轧制方法，钢坯通过轧机生产线轧制成型，其采用石墨铸钢型钢轧辊对钢轨进行轧制；其中，所述的石墨铸钢的化学成分的重量百分比为：
轧辊外层：C 1.7～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.5～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr 0.8～1.8％，Mo 0.2～0.8％，Ni 1.8～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质；
轧辊内层：C 1.0～1.6％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤0.4％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
轧辊一般分为内外两层，内外两层采用不同材质制成，内层材质的作用主要是提高轧辊的韧性，防止轧辊断裂；外层材质的作用主要是提高轧辊的硬度和耐磨性。
进一步的，本发明轧制碳素钢钢轨的方法，其采用石墨铸钢型钢轧辊对钢轨进行最终的轧制成型。
其中，为了进一步减少重轨轨底内侧面的粘钢现象以轧制出质量更好的钢轨，上述石墨铸钢型钢轧辊的粗糙度Ra优选为25～0.2μm。
其中，上述碳素钢钢轨的材质可以选用常用的碳素钢，如：LA、U71Mn或U75V型碳素钢等。
发明还提供了上述的石墨铸钢在用于制备轧辊中的用途。
本发明石墨铸钢，通过添加特定比例的化学成分，制成的轧辊可以有效防止粘钢现象产生，避免钢轨表面产生轧疤缺陷。本发明轧制碳素钢钢轨的方法通过采用石墨铸钢型钢轧辊对碳素钢钢坯进行轧制，由于石墨呈团块或条状弥散分布在轧辊表面，导致在高温条件下轧辊与碳素钢轨钢的亲和力较小，并控制轧辊孔型内表面的粗糙度，有效地防止了钢轨表面轧疤缺陷的产生。为碳素钢钢轨的轧制提供了一种新的选择。
具体实施方式
本发明石墨铸钢，其化学成分的重量百分比为：C 1.0～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn0.3～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤1.8％，Mo≤0.8％，Ni≤3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，为了使本发明石墨铸钢的硬度和耐磨性更好，本发明石墨铸钢的化学成分的重量百分比优选为：C 1.7～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.5～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr 0.8～1.8％，Mo 0.2～0.8％，Ni 1.8～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，为了使本发明石墨铸钢的韧性更好，本发明石墨铸钢的化学成分的重量百分比优选为：C 1.0～1.6％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤0.4％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，本发明石墨铸钢中的索氏体含量为72～78％，石墨含量为2～8％，合金碳化物含量为18～22％。
本发明石墨铸钢的冶炼采用常规石墨铸钢冶炼方法冶炼即可。
本发明碳素钢钢轨的轧制方法可防止钢轨表面轧疤缺陷的产生。
本发明碳素钢钢轨的轧制方法，钢坯通过轧机生产线轧制成型，其采用石墨铸钢型钢轧辊对钢轨进行轧制；其中，所述的石墨铸钢的化学成分的重量百分比为：
轧辊外层：C 1.7～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.5～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr 0.8～1.8％，Mo 0.2～0.8％，Ni 1.8～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质；
轧辊内层：C 1.0～1.6％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤0.4％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
轧辊一般分为内外两层，内外两层采用不同材质制成，内层材质的作用主要是提高轧辊的韧性，防止轧辊断裂；外层材质的作用主要是提高轧辊的硬度和耐磨性。
进一步的，本发明轧制碳素钢钢轨的方法，其采用石墨铸钢型钢轧辊对钢轨进行最终的轧制成型。
其中，为了进一步减少重轨轨底内侧面的粘钢现象以轧制出质量更好的钢轨，上述石墨铸钢型钢轧辊的粗糙度Ra优选为25～0.2μm。
其中，上述碳素钢钢轨的材质可以选用常用的碳素钢，如：LA、U71Mn或U75V型碳素钢等。
本发明还提供了上述的石墨铸钢在用于制备轧辊中的用途。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1采用本发明方法轧制碳素钢钢轨
按表1中的化学成分生产本发明石墨铸钢。
表1石墨铸钢化学成分的重量百分比(％)，余量为Fe
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni |
| 1 | 1.9 | 1.6 | 0.7 | 0.023 | 0.032 | 1.3 | 0.7 | 2.0 |
| 2 | 1.1 | 1.8 | 1.6 | 0.030 | 0.025 | 0.2 | 0.3 | 0.8 |
经测定，编号1的石墨铸钢中的索氏体含量为77％，石墨含量为6％，合金碳化物含量为17％；编号2的石墨铸钢中的索氏体含量为77％，石墨含量为5％，合金碳化物含量为18％。
用生产的石墨铸钢制备轧辊，其中，编号1的石墨铸钢用于制备轧辊外层，编号2的石墨铸钢用于制备轧辊内层。
碳素钢钢轨的轧制工艺如下：
在含有七架轧机的万能轧制整条生产线上，采用工业煤气加热炉加热断面尺寸380mm×280mm、长7700mm的连铸LA钢坯。通过加热炉加热，控制加热出钢温度在1180℃～1220℃的范围内。达到减少炉生氧化铁皮，使钢坯表面的氧化铁皮容易在轧制变形和高压水除鳞的条件下脱落清除干净的控制目标。同时，保证不因钢坯轧制温度过低而导致各机架的轧机工作负荷超标和发生断辊事故。
经高压水除鳞装置清除干净氧化铁皮后的钢坯依次进入粗轧第一机架(BD1)、粗轧第二机架(BD2)、第一中轧机组(UR1/E1)、第二中轧机组(UR2/E2)等六架轧机进行轧制，轧制成钢轨半成品。
UR2/E2机组轧制的钢轨最后进入万能精轧机(UF)，最后轧制成外观尺寸合格的43kg/m～75kg/m的成品钢轨。UF轧机采用孔型内表面光滑(粗糙度Ra＝25μm～0.2μm)的石墨铸钢型钢轧辊(由编号1、2的石墨铸钢制备而得)进行轧制，减少轧机轧辊轨底内侧面的粘钢现象，达到控制钢轨表面轧疤缺陷的目的。轧制中对UF精轧机轨底侧面不进行任何修磨，产品宏观表面质量无任何肉眼可见缺陷，钢轨的各项技术指标满足相应的普通或高速客运专线钢轨技术条件，16小时共轧制467支钢轨，比相同时间采用普通轧辊轧制的钢轨产量提高20支左右。
实施例2采用本发明方法轧制碳素钢钢轨
按表2中的化学成分生产本发明石墨铸钢。
表2石墨铸钢化学成分的重量百分比(％)，余量为Fe
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni |
| 3 | 1.7 | 1.7 | 0.6 | 0.025 | 0.030 | 1.2 | 0.5 | 2.1 |
| 4 | 1.0 | 1.9 | 1.7 | 0.028 | 0.027 | 0.3 | 0.2 | 0.7 |
经测定，编号3的石墨铸钢中的索氏体含量为75％，石墨含量为5％，合金碳化物含量为20％；编号4的石墨铸钢中的索氏体含量为78％，石墨含量为5％，合金碳化物含量为17％。
用生产的石墨铸钢制备轧辊，其中，编号3的石墨铸钢用于制备轧辊外层，编号4的石墨铸钢用于制备轧辊内层。
碳素钢钢轨的轧制工艺如下：
在含有七架轧机的万能轧制整条生产线上，采用工业煤气加热炉加热断面尺寸380mm×280mm、长7700mm的连铸U71Mn钢坯。通过加热炉加热，控制加热出钢温度在1180℃～1220℃的范围内。达到减少炉生氧化亚铁皮，使钢坯表面的氧化铁皮容易在轧制变形和高压水除鳞的条件下脱落清除干净的控制目标。同时，保证不因钢坯轧制温度过低而导致各机架的轧机工作负荷超标和发生断辊事故。
经高压水除鳞装置清除干净氧化铁皮后的钢坯依次进入粗轧第一机架(BD1)、粗轧第二机架(BD2)、第一中轧机组(UR1/E1)、第二中轧机组(UR2/E2)等六架轧机进行轧制，轧制成钢轨半成品。
UR2/E2机组轧制的钢轨最后进入万能精轧机(UF)，最后轧制成外观尺寸合格的43kg/m～75kg/m的成品钢轨。UF轧机采用孔型内表面光滑(粗糙度Ra＝25μm～0.2μm)的石墨铸钢型钢轧辊(由编号3、4的石墨铸钢制备而得)进行轧制，减少轧机轧辊轨底内侧面的粘钢现象，达到控制钢轨表面轧疤缺陷的目的。轧制中对UF精轧机轨底侧面不进行任何修磨，产品宏观表面质量无任何肉眼可见缺陷，钢轨的各项技术指标满足相应的普通或高速客运专线钢轨技术条件，16小时共轧制483支钢轨，比相同时间采用普通轧辊轧制的钢轨产量提高20支左右。
试验例采用另一材质石墨铸钢轧辊轧制碳素钢钢轨
按表3中的化学成分生产石墨铸钢。
表3石墨铸钢化学成分的重量百分比(％)，余量为Fe
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni |
| 5 | 1.5 | 2.3 | 1.5 | 0.028 | 0.032 | 2.7 | 1.3 | 2.5 |
| 6 | 1.1 | 1.8 | 1.6 | 0.026 | 0.023 | 0.9 | 0.4 | 1.2 |
用生产的石墨铸钢制备轧辊，其中，编号5的石墨铸钢用于制备轧辊外层，编号6的石墨铸钢用于制备轧辊内层。
碳素钢钢轨的轧制工艺如下：
在含有七架轧机的万能轧制整条生产线上，采用工业煤气加热炉加热断面尺寸380mm×280mm、长7700mm的连铸U75V钢坯。通过加热炉加热，控制加热出钢温度在1180℃～1220℃的范围内。达到减少炉生氧化亚铁皮，使钢坯表面的氧化铁皮容易在轧制变形和高压水除鳞的条件下脱落清除干净的控制目标。同时，保证不因钢坯轧制温度过低而导致各机架的轧机工作负荷超标和发生断辊事故。
经高压水除鳞装置清除干净氧化铁皮后的钢坯依次进入粗轧第一机架(BD1)、粗轧第二机架(BD2)、第一中轧机组(UR1/E1)、第二中轧机组(UR2/E2)等六架轧机进行轧制，轧制成钢轨半成品。
UR2/E2机组轧制的钢轨最后进入万能精轧机(UF)，最后轧制成外观尺寸合格的43kg/m～75kg/m的成品钢轨。UF轧机采用孔型内表面光滑(粗糙度Ra＝25μm～0.2μm)的石墨铸钢型钢轧辊(由编号5、6的石墨铸钢制备而得)进行轧制。轧制中对UF精轧机轨底侧面的修磨量及频率与普通高碳半钢轧辊的修磨相当，没有任何改善作用。所轧制的钢轨表面有缺陷产生，产品宏观表面质量无任何改善。16小时共轧制461支钢轨，与相同时间采用普通轧辊轧制的钢轨产量相当。
从实施例1、2和试验例可以看出，只有采用特定的本发明石墨铸钢才能有效减少粘钢现象，避免钢轨表面轧疤缺陷的产生。
Claims (9)
1.一种石墨铸钢：其特征在于：其化学成分的重量百分比为：C 1.0～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.3～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤1.8％，Mo≤0.8％，Ni≤3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的石墨铸钢：其特征在于：其化学成分的重量百分为：C 1.7～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.5～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr0.8～1.8％，Mo 0.2～0.8％，Ni 1.8～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的石墨铸钢：其特征在于：其化学成分的重量百分为：C 1.0～1.6％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤0.4％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1～3任一项所述的石墨铸钢，其特征在于：所述石墨铸钢中的索氏体含量为72～78％，石墨含量为2～8％，合金碳化物含量为18～22％。
5.一种碳素钢钢轨的轧制方法，钢坯通过轧机生产线轧制成型，其特征在于：采用石墨铸钢型钢轧辊对钢轨进行轧制；其中，所述的石墨铸钢的化学成分的重量百分比为：
轧辊外层：C 1.7～2.3％，Si 1.2～2.0％，Mn 0.5～1.0％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr 0.8～1.8％，Mo 0.2～0.8％，Ni 1.8～3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质；
轧辊内层：C 1.0～1.6％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.35％，S≤0.35％，Cr≤0.4％，Mo≤0.5％，Ni≤1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的轧制碳素钢钢轨的方法，其特征在于：采用石墨铸钢型钢轧辊对钢轨进行最终的轧制成型。
7.根据权利要求5或6所述的轧制碳素钢钢轨的方法，其特征在于：所述石墨铸钢型钢轧辊的粗糙度Ra为25～0.2μm。
8.根据权利要求5～7任一项所述的轧制碳素钢钢轨的方法，其特征在于：所述的碳素钢钢轨的材质为LA、U71Mn或U75V型碳素钢。
9.权利要求1～4任一项所述的石墨铸钢在用于制备轧辊中的用途。
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