CN107227429B - 一种含b钢轨的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢轨冶炼领域，具体提供一种含B钢轨的生产方法。该含B钢轨化学成分的质量百分比为：C：0.65～0.76％、Si：0.15～0.58％、Mn：0.7～1.2％、P≤0.03％、S≤0.025％、B：0.001～0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质，方法包括：铁水脱硫、转炉冶炼、氩站、LF炉外精炼、RH真空脱气、连铸、钢坯加热及轧制，和轧后热处理的步骤。该方法通过添加适量微合金扩大亚共析钢轨热处理的工艺范围，避免多次变速冷却对工艺范围敏感性高以及对操作水平要求高的缺点，有效地提高了成材率，而且工艺简单。

Description

一种含B钢轨的生产方法
技术领域
本发明属于钢轨冶炼领域，具体提供一种含B钢轨的生产方法。
背景技术
随着铁路行车速度、牵引重量、运输密度和年通过总重的不断增加，钢轨磨耗和疲劳伤损显著增加。国内外研究和实际使用经验表明，高强度、高耐磨性能钢轨可减少磨耗，提高抗接触疲劳性能，在小半径曲线上效果尤为突出，热处理钢轨的使用寿命是热轧钢轨的2～3倍。而钢轨在线热处理工艺是提高强度、耐磨性最行之有效的方法。
专利CN106086622A公开了一种客货混运铁路用钢轨的热处理生产方法以及所得钢轨，具体地，涉及一种客货混运铁路用钢轨的热处理生产方法，以及根据该方法得到的钢轨。所述方法包括将轧制后所得钢轨的轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位依次进行加速冷却、缓慢冷却和空冷，所述加速冷却的开冷温度为650～950℃，冷却速度为2.5～7℃/s，终冷温度为400-600℃，所述缓慢冷却的冷却速度为0.1～1.5℃/s，终冷温度为180～300℃；所述钢轨包括的化学成分的质量百分比C：0.71～0.82％、Si：0.13～0.60％、Mn：0.65～1.25％、Cr：0.05～0.25％、Al≤0.1％、P≤0.025％、S≤0.025％以及Fe：97.01～98.46％。本发明的方法能够在保证钢轨的拉伸性能的前提下将钢轨的硬度控制在350～380的适用于客货混运铁路的合适的范围内。其缺点一是Al控制不好会在后期运行中成为疲劳裂纹的起源，而且其含量也超过目前标准要求；二是采用CaF2处理，生产过程中会产生氟而引起中毒。
公开号为CN101701284A的专利介绍了钢轨热处理方法，该方法为先通过工频感应加热装置将钢轨整体预热，轨头450～600℃，轨底380～450℃，再用中频感应加热装置将轨头加热至800～1000℃，用喷风装置将压缩空气喷冷轨头800～600℃，随后使其在自然环境下冷却，再用喷雾装置使轨头冷却至700～500℃，最后用喷水装置使轨头冷至430～200℃。冷到700～500℃，相差200℃，如果温度较高，组织中铁素体较多，可能达不到硬化效果，如果温度较低，组织中可能会出现贝氏体或马氏体，影响钢轨的整体服役性能。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，在保证钢轨的拉伸性能的前提下，扩大钢轨热处理的工艺范围，本发明目的是提供一种含B钢轨的生产方法。
为实现上述目的，本发明提供一种含B钢轨的生产方法。
一种含B钢轨的生产方法，原料化学成分的质量百分比为：C：0.65～0.76％、Si：0.15～0.58％、Mn：0.7～1.2％、P≤0.03％、S≤0.025％、B：0.001～0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质，包括如下步骤：
1)铁水脱硫：控制出站铁水硫质量百分比S≤0.010％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标≥0.1％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间3～5min，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1670℃、出钢时间3.0～5.0min，出钢4/5前必须加完合金；
3)氩站：吹氩时间为4～6min；
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间≥40min，采用碳化钙，特硅等脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度控制在1.8～2.2范围内，LF炉终点温度控制目标：1590～1600℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力≤67Pa的处理时间30～40min，钢中[H]≤1.5ppm，自由氧[O]≤15ppm，终点温度控制在1510～1525℃；
6)连铸：中包温度控制在过热度10～20℃的范围，铸坯拉速0.60～0.80m/min；
7)钢坯加热及轧制：炉膛保持微正压，20～30Pa；钢坯在均热段温度控制在1200～1270℃，均热段时间不低于30min且总加热时间为220～260min，除磷后，BD1开轧温度1080～1180℃，再次除磷，终轧温度850～940℃；
8)轧后热处理：10s通过轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10s，间隔15s后，再次向钢轨轨头喷淬火液80s，输送到冷床自然冷却至室温。
具体的，铁水脱硫步骤中，采用镁粉工艺脱硫。
具体的，转炉冶炼步骤中，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧。
具体的，连铸步骤中，采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率＞95％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷。
具体的，轧后热处理步骤中，其中淬火液浓度定为12～15％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为38～42℃。
本发明提供一种含B钢轨的生产方法，其有益效果在于：通过适量添加微合金硼扩大了亚共析钢轨热处理的工艺范围，有效地提高了成材率，而且工艺简单。且该方法生产得到钢轨的拉伸性能均大于1080MPa、延伸率达到13.0以上，硬度控制在320～380的适用于铁路钢轨范围内，符合生产应用的要求
附图说明
图1是钢轨横断面洛氏硬度测点位置示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1：
本发明设计的化学成分按重量比为：C：0.68％、Si：0.32％、Mn：1.06％、P：0.017％、S：0.010％、B：0.0013％，其余为Fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：采用镁粉工艺脱硫，控制出站铁水硫质量百分比S≤0.011％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标0.13％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间3min终渣碱度3.7，出钢温度控制在1656℃，出钢时间3.0min，采用挡渣出钢，出钢4/5前必须加完合金，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧；
3)氩站：吹氩时间：4min；
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间71min，采用碳化钙，特硅等脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度1.9，LF炉终点温度控制目标：1593℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力63Pa的处理时间35min，钢中[H]0.9ppm，自由氧[O]11ppm，终点温度控制在1515℃；
6)连铸：中包采用满包浇注，重量控制在35t以上，采用长水口和浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化，浸入式水口插入深度84mm。结晶器保护渣采用专用保护渣。中包温度控制在过热度12℃范围。铸坯拉速0.80m/min。采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率98％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷；
7)钢坯加热及轧制工艺：炉膛保持微正压，26Pa；钢坯在均热段温度控制在1233℃，均热段时间39min且总加热时间254min；除磷后，BD1开轧温度1132℃，再次除磷，终轧温度：877℃；
8)轧后热处理工艺：以15m/s速度通过150米轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10秒，间隔15秒后，再次向钢轨轨头喷淬火液80秒，输送到冷床自然冷却至室温。其中淬火液浓度定为13％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为40℃。
实施例2：
为了实现上述目的，本发明设计的化学成分按重量比为：C：0.73％、Si：0.27％、Mn：0.92％、P：0.012％、S：0.025％、B：0.0021％，其余为Fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：采用镁粉工艺脱硫，控制出站铁水硫质量百分比S≤0.010％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标0.15％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间4min终渣碱度3.2，出钢温度控制在1667℃，出钢时间5min，采用挡渣出钢，出钢4/5前必须加完合金，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧；
3)氩站：吹氩时间：5min。
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间62min，采用碳化钙，特硅等脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度2.1，LF炉终点温度控制目标：1596℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力59Pa的处理时间31min，钢中[H]1.3ppm，自由氧[O]12ppm，终点温度控制在1522℃；
6)连铸：中包采用满包浇注，重量控制在35t以上，采用长水口和浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化，浸入式水口插入深度88mm。结晶器保护渣采用专用保护渣。中包温度控制在过热度18℃范围。铸坯拉速0.60m/min。采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率96％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷；
7)钢坯加热及轧制工艺：炉膛保持微正压，27Pa；钢坯在均热段温度控制在1226℃，均热段时间45min且总加热时间256min；除磷后，BD1开轧温度1124℃，再次除磷，终轧温度：863℃；
8)轧后热处理工艺：以15m/s速度通过150米轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10秒，间隔15秒后，再次向钢轨轨头喷淬火液80秒，输送到冷床自然冷却至室温。其中淬火液浓度定为12％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为40℃。
实施例3
为了实现上述目的，本发明设计的化学成分按重量比为：C：0.70％、Si：0.41％、Mn：1.1％、P：0.012％、S：0.012％、B：0.0021％，其余为Fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：采用镁粉工艺脱硫，控制出站铁水硫质量百分比S≤0.008％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标0.13％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间5min终渣碱度3.8，出钢温度控制在1669℃，出钢时间4min，采用挡渣出钢，出钢4/5前必须加完合金，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧；
3)氩站：吹氩时间：6min；
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间59min，采用碳化钙，特硅等脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度1.83，LF炉终点温度控制目标：1591℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力66Pa的处理时间38min，钢中[H]1.2ppm，自由氧[O]11ppm，终点温度控制在1518℃。
6)连铸：中包采用满包浇注，重量控制在35t以上，采用长水口和浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化，浸入式水口插入深度86mm。结晶器保护渣采用专用保护渣。中包温度控制在过热度15℃范围。铸坯拉速0.60m/min。采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率96％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷；
7)钢坯加热及轧制工艺：炉膛保持微正压，25Pa；钢坯在均热段温度控制在1263℃，均热段时间42min且总加热时间256min；除磷后，BD1开轧温度1163℃，再次除磷，终轧温度：932℃；
8)轧后热处理工艺：以15m/s速度通过150米轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10秒，间隔15秒后，再次向钢轨轨头喷淬火液80秒，输送到冷床自然冷却至室温。其中淬火液浓度定为15％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为40℃。
实施例4
为了实现上述目的，本发明设计的化学成分按重量比为：C：0.76％、Si：0.15％、Mn：1.2％、P：0.03％、S：0.017％、B：0.0034％，其余为Fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：采用镁粉工艺脱硫，控制出站铁水硫质量百分比S≤0.008％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标0.14％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间5min终渣碱度4.0，出钢温度控制在1670℃，出钢时间5min，采用挡渣出钢，出钢4/5前必须加完合金，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧；
3)氩站：吹氩时间：5min；
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间40min，采用碳化钙，特硅等脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度1.8，LF炉终点温度控制目标：1590℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力67Pa的处理时间40min，钢中[H]1.5ppm，自由氧[O]13ppm，终点温度控制在1510℃；
6)连铸：中包采用满包浇注，重量控制在35t以上，采用长水口和浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化，浸入式水口插入深度80mm。结晶器保护渣采用专用保护渣。中包温度控制在过热度20℃范围。铸坯拉速0.70m/min。采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率96％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷；
7)钢坯加热及轧制工艺：炉膛保持微正压，30Pa；钢坯在均热段温度控制在1270℃，均热段时间30min且总加热时间220min；除磷后，BD1开轧温度1180℃，再次除磷，终轧温度：940℃；
8)轧后热处理工艺：以15m/s速度通过150米轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10秒，间隔15秒后，再次向钢轨轨头喷淬火液80秒，输送到冷床自然冷却至室温。其中淬火液浓度定为13％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为42℃。
实施例5
为了实现上述目的，本发明设计的化学成分按重量比为：C：0.65％、Si：0.58％、Mn：0.7％、P：0.023％、S：0.019％、B：0.005％，其余为Fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：采用镁粉工艺脱硫，控制出站铁水硫质量百分比S≤0.015％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标0.13％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间3min终渣碱度3.0，出钢温度控制在1650℃，出钢时间3min，采用挡渣出钢，出钢4/5前必须加完合金，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧；
3)氩站：吹氩时间：6min；
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间67min，采用碳化钙，特硅等脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度2.2，LF炉终点温度控制目标：1600℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力63Pa的处理时间30min，钢中[H]1.0ppm，自由氧[O]15ppm，终点温度控制在1525℃；
6)连铸：中包采用满包浇注，重量控制在35t以上，采用长水口和浸入式水口全程保护浇注，防止钢水二次氧化，浸入式水口插入深度90mm。结晶器保护渣采用专用保护渣。中包温度控制在过热度10℃范围。铸坯拉速0.60m/min。采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率96％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷；
7)钢坯加热及轧制工艺：炉膛保持微正压，20Pa；钢坯在均热段温度控制在1200℃，均热段时间42min且总加热时间260min；除磷后，BD1开轧温度1080℃，再次除磷，终轧温度：850℃；
8)轧后热处理工艺：以15m/s速度通过150米轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10秒，间隔15秒后，再次向钢轨轨头喷淬火液80秒，输送到冷床自然冷却至室温。其中淬火液浓度定为14％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为38℃。
将实施例1～5所得钢轨进行拉伸强度、延伸率、踏面布氏硬度的性能检测，所得结果如表1所示。
表1 钢轨的力学性能
将实施例1～5所得钢轨进行横断面洛氏硬度的检测，对横截面的不同位置标记A1、B1、C1、D1、E1、A4、B5、C5、D3、E3，如图1所示，所得结果如表2所示。
表2 钢轨横断面洛氏硬度
结合表1和表2可以看出，通过本发明的方法生产得到钢轨的拉伸性能均大于1080MPa、延伸率达到13.0以上，硬度控制在320～380的适用于铁路钢轨范围内，符合生产应用的要求。

Claims (5)

1.一种含B钢轨的生产方法，组分及化学成分的质量百分比为：C：0.65～0.76％、Si：0.15～0.58％、Mn：0.7～1.2％、P≤0.03％、S≤0.025％、B：0.001～0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质，其特征在于：包括如下步骤：
1)铁水脱硫：控制出站铁水硫质量百分比S≤0.010％；
2)转炉冶炼：吹炼后终点碳控制目标≥0.1％，转炉冶炼后大氩量搅拌时间3～5min，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1670℃、出钢时间3.0～5.0min，出钢4/5前必须加完合金；
3)氩站：吹氩时间为4～6min；
4)LF炉外精炼：LF精炼炉整个处理时间≥40min，采用碳化钙，特硅脱氧剂进行渣面脱氧，精炼渣碱度控制在1.8～2.2范围内，LF炉终点温度控制目标：1590～1600℃；
5)RH真空脱气：采用深真空度，压力≤67Pa的处理时间30～40min，钢中[H]≤1.5ppm，自由氧[O]≤15ppm，终点温度控制在1510～1525℃；
6)连铸：中包温度控制在过热度10～20℃的范围，铸坯拉速0.60～0.80m/min；
7)钢坯加热及轧制：炉膛保持微正压，20～30Pa；钢坯在均热段温度控制在1200～1270℃，均热段时间不低于30min且总加热时间为220～260min，除磷后，BD1开轧温度1080～1180℃，再次除磷，终轧温度850～940℃；
8)轧后热处理：10s通过轨道后，钢轨停下来，向轨头喷淬火液10s，间隔15s后，再次向钢轨轨头喷淬火液80s，输送到冷床自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的含B钢轨的生产方法，其特征在于：所述铁水脱硫步骤，采用镁粉工艺脱硫。
3.根据权利要求1所述的含B钢轨的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼步骤，采用硅锰合金和硅钡钙复合脱氧剂进行脱氧。
4.根据权利要求1所述的含B钢轨的生产方法，其特征在于：所述连铸步骤，采用结晶器电磁搅拌形成剪切流场，等轴晶率＞95％，同时配合轻压下技术，压下量为10mm，二冷水采用超弱冷。
5.根据权利要求1所述的含B钢轨的生产方法，其特征在于：所述轧后热处理，其中淬火液浓度定为12～15％，成分为水溶性聚合物，淬火液温度为38～42℃。
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