CN107747040A - 耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法 - Google Patents

耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，涉及钢轨热处理技术领域，解决现有钢轨脱碳层深度较大，钢轨表层耐蚀性能不理想的问题。本发明采用的技术方案是：耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，S1.用低硫入炉铁水在高碱度精炼渣保护下精炼获得的钢水，再在全程保护条件下连铸成铸坯钢坯；S2.铸坯钢坯进入缓冷坑缓冷，对铸坯钢坯进行表面清理；S3.钢坯经奥氏体均匀，进行全断面除磷；S4.在钢坯表面喷涂主要成分为铬、镍、铝和碳元素的合金物质，再对钢轨钢坯进行复合轧制，最终获得耐腐蚀高速铁路用钢轨的成品。本发明利用渗铬和渗碳原理，对钢坯进行复合轧制，提高了钢轨表层铬镍铝碳成分，提高了钢轨表层耐腐蚀性并降低脱碳层深度。

Description

耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法
技术领域
本发明涉及钢轨热处理技术领域，具体涉及一种耐腐蚀、低强度、高韧性、抗接触疲劳的高速铁路钢轨的制备方法。
背景技术
随着国内外高铁的发展，高铁建设及高铁线路维护对钢轨内在和表面质量提出了更高的要求。高速铁路用钢轨在隧道或是沿海环境中，钢轨腐蚀已成为一个较为突出的问题，也成为钢轨伤损下道的主要原因。由于钢轨使用的安全及经济性，无法添加过多的防腐合金元素，只能以碳素或是微合金钢轨进行生产制备，对钢轨基体无法进行有效地防腐。目前，国内外钢轨生产厂家主要对钢轨表面喷涂隔离剂进行防腐，但钢轨耐蚀性或是环保性不理想。
由于高铁列车轴重轻，运行速度较快，因此高速铁路用钢轨选用强度降低的U71Mn热轧态钢，U71Mn强度低，但韧塑性较高。
高速铁路用钢轨在铺设使用过程中，需对钢轨踏面进行预打磨处理，这既要修磨钢轨表面，又要修磨表面脱碳层，以减少钢轨波磨现象。修磨钢轨表层过深的脱碳层，带来的结果是打磨的困难及成本提高。为减少钢轨打磨深度，铁路总公司曾要求钢轨出厂脱碳层深度≤0.3mm，但国内钢轨生产厂家成品率较低，最终仍以钢轨出厂脱碳层深度≤0.5mm验收。因此，如何降低脱碳层深度，成为另一个高速铁路用钢轨难题。
发明内容
针对高速铁路钢轨耐腐蚀、防脱碳要求及其他要求，本发明要提供一种耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，解决现有钢轨脱碳层深度较大，钢轨表层耐蚀性能不理想的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，包括以下步骤：
S1.用低硫入炉铁水在高碱度精炼渣保护下精炼获得的钢水，再以该钢水为基础在全程保护条件下连铸成铸坯钢坯；
S2.铸坯钢坯进入缓冷坑缓冷，再对铸坯钢坯进行表面清理；
S3.钢坯经奥氏体均匀，再利用不低于18MPa的高压水枪进行全断面除磷；
S4.在钢坯表面喷涂主要成分为铬、镍、铝和碳元素的合金物质，再对钢轨钢坯进行复合轧制，最终获得耐腐蚀高速铁路用钢轨的成品。
进一步的是，钢轨的基体化学成分按照质量计为：0.1～0.9％C，0.1～0.8％Si，0.15～1.2％Mn，Cr≤0.4％，V≤0.020％，Nb≤0.40％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
具体地，所述S1步骤中，增碳剂采用无烟煤和低氮的合金，LF加热过程中使用发泡剂。
具体地，所述S4步骤中，采用万能线轧机进行轧制。
本发明的有益效果是：耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，并利用渗铬和渗碳原理，对钢坯进行复合轧制，提高钢轨表层铬镍铝碳成分，得到钢轨表层碳含量为正偏析、脱碳层深度较浅及表层富含耐蚀性能优良的铬镍铝合金材质的钢轨，从而提高钢轨表层耐腐蚀性并降低脱碳层深度。
采用该方法制造的钢轨表层富含耐腐蚀物质，钢轨钢碳含量为0.3～0.7％，抗拉强度500～900MPa，延伸率≥10％，脱碳层深度≤0.3mm，耐腐蚀性能优异，尤其适和用作高速铁路钢轨。由于不需要表面喷涂隔离剂进行防腐，从而减小了环保问题的出现，达到了环保要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，用低硫入炉铁水在高碱度精炼渣保护下精炼获得的钢水，再以该钢水为基础在全程保护条件下连铸成铸坯钢坯。其中，增碳剂采用无烟煤和低氮的合金，LF加热过程中使用发泡剂，采用全程保护浇注，防止与空气接触从而防止吸入过多的氮元素。铸坯钢坯进入缓冷坑缓冷，再对铸坯钢坯进行表面清理。钢坯经奥氏体均匀，再利用不低于18MPa的高压水枪进行全断面除磷。钢坯轧制前，在钢坯表面喷涂主要成分为铬、镍、铝和碳元素的合金物质，再对钢轨钢坯利用万能线轧机进行轧制，最终获得耐腐蚀高速铁路用钢轨的成品。通过上述制备方法制得的钢轨产品，钢轨表层富含耐蚀物质，提高了钢轨表层耐蚀性能，并降低了钢轨表层的脱碳层深度。钢轨钢碳含量为0.3～0.7％，抗拉强度500～900MPa，延伸率≥10％，脱碳层深度≤0.3mm，耐腐蚀性能优异。采用本发明的方法生产的高速铁路用钢轨，由于不需要表面喷涂隔离剂进行防腐，从而减小了环保问题的出现，达到了环保要求。
本发明实施例以及相应的对比例均选用以下化学成分的钢材，如表1所示。
表1实施例和对比例钢材化学成分/％
本发明中的对比例采用与实施例相同的化学成分、加热、轧制及在线热处理工艺。采用上述的方法对钢坯进行耐蚀材料喷涂轧制处理，其中1#至5#为不同的增碳厚度，6#为未进行附着处理的对比例，如表2所示。随后，对六支试样采用相同的加热、轧制及在线热处理工艺生产，制备得到六支钢轨试样。
表2实施例及对比例钢坯增碳厚度
按照TB/T 2344-2012的要求，分别对六支钢轨试样进行轨头脱碳层深度检验，检验结果如表3所示。
表3实施例及对比例钢轨脱碳层深度
按照GB/T 19746和TB/T 2375标准，分别对实施例和对比例六支钢轨试样进行周期浸润加速腐蚀试验，腐蚀剂为2％的NaCl溶液，腐蚀时间200h，试验结果如表4所示。
表4本发明实施例及对比例钢轨轨头磨损
本发明同时选取了相同化学成分的钢轨进行对比，在实施例中，所采用的五种处理方式均为本发明中的方法。表1至表4的对比结果表明，通过对钢坯进行等离子熔覆处理，钢轨脱碳层深度明显降低，耐蚀性能提高。
本发明同时选取了相同化学成分的钢轨进行对比，在实施例中，所采用的五种处理方式均为本发明中的方法。表1至表4的对比结果表明，通过对钢坯进行对钢坯进行耐蚀材料喷涂轧制处理，钢轨脱碳层深度明显降低，耐蚀性能提高。
综上所述，本发明耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法提出了一种提高钢轨耐蚀性能的同时，降低钢轨轨头脱碳层深度的有效方法，产品适用于国内外高铁线路。

Claims (4)

1.耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.用低硫入炉铁水在高碱度精炼渣保护下精炼获得的钢水，再以该钢水为基础在全程保护条件下连铸成铸坯钢坯；
S2.铸坯钢坯进入缓冷坑缓冷，再对铸坯钢坯进行表面清理；
S3.钢坯经奥氏体均匀，再利用不低于18MPa的高压水枪进行全断面除磷；
S4.在钢坯表面喷涂主要成分为铬、镍、铝和碳元素的合金物质，再对钢轨钢坯进行复合轧制，最终获得耐腐蚀高速铁路用钢轨的成品。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，其特征在于：钢轨的基体化学成分按照质量计为：0.1～0.9％C，0.1～0.8％Si，0.15～1.2％Mn，Cr≤0.4％，V≤0.020％，Nb≤0.40％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，其特征在于：所述S1步骤中，增碳剂采用无烟煤和低氮的合金，LF加热过程中使用发泡剂。
4.如权利要求1或2所述的耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法，其特征在于：所述S4步骤中，采用万能线轧机进行轧制。
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