CN109023044B - 控制重轨钢脱碳层深度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制重轨钢脱碳层深度的方法,其包括冶炼、连铸和加热工序,所述冶炼工序中,重轨钢成分中加入有0.015~0.025%的钛元素;所述连铸工序中,控制铸坯激冷层的深度不小于4mm且激冷层的晶粒不大于100μm;所述加热工序中,加热温度不超过1250℃且加热时间不超过8小时。本方法不改变现有重轨成分体系及生产工艺,通过加入微量价格低廉且资源丰富微合金元素钛,限制铸坯激冷层厚度、晶粒尺寸以及加热工艺的控制就可以重轨脱碳层深度得到有效控制,特别是当生产节奏发生变化造成铸坯在一定时间加热的情况下,提高了重轨产品质量及成材率,具有广阔的应用前景。本方法具有工艺简单、易实施、成本低的特点,能有效地提升产品质量和合格率。

Description

控制重轨钢脱碳层深度的方法
技术领域
本发明涉及一种重轨钢的生产方法,尤其是一种控制重轨钢脱碳层深度的方法。
背景技术
钢轨的脱碳是钢轨表面质量的主要缺陷之一,直接导致重轨产生机械性能下降,硬度、疲劳强度降低,耐磨性差等缺陷,影响产品合格率。为了减少因表面脱碳引起硬度降低等因素对钢轨使用性能造成的影响,在高速铁路开通运行前钢轨应进行预打磨作业,打磨时为了减少工作量同时为避免打伤钢轨并保证钢轨表面光洁度,打磨深度一般不超过0.3mm。由于铁路的重要性,随着高速铁路的迅速发展,人们对高速钢轨质量的要求越来越高,其中铁标规定普速铁路用钢轨脱碳层分布范围为≤0.5mm,高速铁路用钢轨脱碳层分布范围为≤0.3mm。为了尽量降低钢轨表面脱碳层深度,钢轨在生产过程中钢轨表面脱碳层控制技术不可避免的缺陷成为研究的焦点之一。
国内对于防止钢材表面脱碳,主要集中在下述两个方面。第一个方面是通过控制加热炉加热工序及轧制工序等各方面工艺,实现脱碳层深度的控制。例如《钢铁钒钛》,2002,23(2):34-37《降低钢轨脱碳层深度的研究》中,攀钢陈永等通过分析加热炉内钢坯加热时间、加热温度和炉内气氛等工艺参数对钢轨脱碳层深度的影响,制定了降低钢轨脱碳层深度的技术措施钢轨脱碳层深度保持在0.2~0.5mm的范围内,满足了钢轨对脱碳层深度≤0.5mm的要求。《钢铁钒钛》,2014,35(1):119-122《降低高速钢轨脱碳层厚度的研究》中,杨宗桥等以包钢轨梁厂实际生产为基础,组织现场实验,研究了U71Mn高速钢轨脱碳层厚度随加热时间和加热温度的变化关系。结果表明,正常生产时,优化加热制度,保证钢坯出炉温度在1080~1100℃,且内外均匀,能够有效地降低脱碳层厚度;同时,待轧15~30min时,优化待轧制度,均热段温度小于1200℃,加热一段小于1230℃,即能随时满足生产要求,又能有效地控制脱碳层厚度。包括申请号为201110208353.7的一种控制钢轨轨头脱碳的轧制方法,以及专利号CN201310457399.1的一种能减少热轧钢轨踏面脱碳深度的方法,申请号201510227259.4一种能降低钢轨脱碳层深度的轧制工艺,申请号201110367248.8一种减小钢轨脱碳层厚度的方法等,这些技术研究控制加热炉加热工序及轧制工艺等方面,过程控制要求较为繁琐且现场操作控制难度极大。
第二个方面是通过喷涂防脱碳涂料来阻止钢材脱碳,例如申请号201010208713.9钢坯轧制过程中防氧化脱碳涂料及其制备方法、申请号02156903.7一种防止高碳钢坯脱碳的涂料、申请号201410337179.X一种防脱碳纳米涂料及其制备方法;这类方法的共同特点是在铸坯入加热炉前在铸坯侧面喷涂防脱碳涂料,存在缺点是增加原料、喷涂设备及运营维护等费用,占用厂房有限空间,实际操作过程中难以保证铸坯每个面的喷涂效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单有效的控制重轨钢脱碳层深度的方法。
为解决上述技术问题,本发明包括冶炼、连铸和加热工序,所述冶炼工序中,重轨钢成分中加入有0.015%~0.025%的钛元素;所述连铸工序中,控制铸坯激冷层的深度不小于4mm且激冷层的晶粒不大于100μm;所述加热工序中,加热温度不超过1250℃且加热时间不超过8小时。
本发明所述加热温度为1200~1250℃,加热时间为3~8h。
本发明所述铸坯激冷层的深度为4~6mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明不改变现有重轨成分体系及生产工艺,通过加入微量价格低廉且资源丰富微合金元素钛且不超过铁标要求范围,限制铸坯激冷层厚度、晶粒尺寸以及加热工艺的控制就可以重轨脱碳层深度得到有效控制,特别是当生产节奏发生变化造成铸坯在一定时间(一般不超过8小时)加热的情况下,提高了重轨产品质量及成材率,具有广阔的应用前景。本发明具有工艺简单、易实施、成本低的特点,能有效地提升产品质量和合格率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本控制重轨钢脱碳层深度的方法采用下述原理与工艺:(1)研究发现重轨钢在加热炉加热过程中奥氏体晶粒尺寸与脱碳层深度有明显相关性,奥氏体晶粒越是粗大,则脱碳层越深;奥氏体晶粒越是均匀细小,则脱碳层深度越浅薄。铸坯组织机构特点决定铸坯表面存在细小轴晶区也叫激冷层,考虑通过保证铸坯一定的激冷层厚度,控制铸坯激冷层原始晶粒度、限制激冷层晶粒在奥氏体化后长大速率的方法可以有效控制钢轨整个表面的脱碳层。因此,本方法控制铸坯激冷层的深度不小于4mm且激冷层的晶粒不大于100μm,最好为激冷层的深度为4~6mm;为达到上述要求,控制要求钢水过热度不高于30℃,以控制激冷层的深度;控制冷却水温在10~35℃、冷却强度在3000~5000kg/m2·s,以控制激冷层的晶粒大小。(2)钛是常用的微合金元素,钛和氮结合力强,生成的氮化钛性能稳定,不易分解,在钢中只有加热到1200℃以上才能缓慢地溶入固溶体中,在未溶入之前,氮化钛微粒有阻止晶粒长大的作用。因此,本方法在常规重轨钢成分的基础上加入0.015wt%~0.025wt%的钛元素。
(3)在铸坯凝固初期,即铸坯表层中,由于凝固速度较快,晶粒均匀细小,不超过100μm,显微偏析也得到很好的控制。由于TiN只能在低温固相中析出,因此铸坯表层细晶组织中TiN析出物尺寸细小,由于形核位置较多,TiN的数量也较多。在铸坯加热过程中,温度1000℃以下,TiN处于稳定状态,在钉扎作用下奥氏体晶粒长大缓慢,在1000~1200℃,随着加热温度的提高,TiN部分溶解,部分奥氏体晶粒开始粗化,当加热温度达到1250℃,由于TiN仍然溶解很少,可以继续起到阻止奥氏体晶粒长大即细化晶粒的作用,奥氏体晶粒不超过300μm。细化的奥氏体晶粒可以有效的阻止了脱碳反应的进行,确保了脱碳层深度的合格。因此,本方法控制铸坯在加热炉中加热温度不超过1250℃且加热时间不超过8个小时;最好为加热温度为1200~1250℃,加热时间为3~8h。
(4)按上述化学成分和工艺生产的钢轨,检验成品钢轨脱碳层深度控制范围为0.13~0.28mm,其中百分之80%试样≤0.25mm,平均为0.22mm,完全满足铁标对高速钢轨脱碳层深度的要求。
实施例1:本控制重轨钢脱碳层深度的方法采用下述具体工艺。
冶炼过程中加入钛元素,以使重轨钢铸坯成品成分中含0.015%的钛,成品中的主要成分含量见表1;铸坯激冷层的深度为4mm且激冷层的晶粒≤100μm;铸坯在加热炉中加热温度1250℃且加热时间7.5个小时。经检验,成品钢轨的脱碳层深度为0.19mm。
表1:本实施例成品中主要成分(wt%)
Figure 15423DEST_PATH_IMAGE001
实施例2:本控制重轨钢脱碳层深度的方法采用下述具体工艺。
冶炼过程中加入钛元素,以使重轨钢铸坯成品成分中含0.025%的钛元素,成品中的主要成分含量见表2;铸坯激冷层的深度为5mm且激冷层的晶粒≤45μm;铸坯在加热炉中加热温度1220℃且加热时间8个小时。经检验,成品钢轨的脱碳层深度为0.24mm。
表2:本实施例成品中主要成分(wt%)
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例3:本控制重轨钢脱碳层深度的方法采用下述具体工艺。
冶炼过程中加入钛元素,以使重轨钢铸坯成品成分中含0.020%的钛元素,成品中的主要成分含量见表3;铸坯激冷层的深度为4.5mm且激冷层的晶粒≤75μm;铸坯在加热炉中加热温度1230℃且加热时间5.5个小时。经检验,成品钢轨的脱碳层深度为0.22mm。
表3:本实施例成品中主要成分(wt%)
Figure 932563DEST_PATH_IMAGE003
实施例4:本控制重轨钢脱碳层深度的方法采用下述具体工艺。
冶炼过程中加入钛元素,以使重轨钢铸坯成品成分中含0.022%的钛元素,成品中的主要成分含量见表4;铸坯激冷层的深度为6mm且激冷层的晶粒≤60μm;铸坯在加热炉中加热温度1240℃且加热时间3个小时。经检验,成品钢轨的脱碳层深度为0.23mm。
表4:本实施例成品中主要成分(wt%)
Figure DEST_PATH_IMAGE004

Claims (3)

1.一种控制重轨钢脱碳层深度的方法,其包括冶炼、连铸和加热工序,其特征在于:所述冶炼工序中,重轨钢成分中加入有0.015%~0.025%的钛元素;所述连铸工序中,控制要求钢水过热度不高于30℃,控制冷却水温在10~35℃、冷却强度在3000~5000kg/-m2 · s ,控制铸坯激冷层的深度不小于4mm且激冷层的晶粒不大于100μm;所述加热工序中,加热温度不超过1250℃且加热时间不超过8小时;所得成品钢轨脱碳层深度为0.13~0.28mm。
2.根据权利要求1所述的控制重轨钢脱碳层深度的方法,其特征在于:所述加热温度为1200~1250℃,加热时间为3~8h。
3.根据权利要求1或2所述的控制重轨钢脱碳层深度的方法,其特征在于:所述铸坯激冷层的深度为4~6mm。
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