CN109023060A - 钢轨和钢轨的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢轨和钢轨的生产方法，其中，钢轨，以wt％计，其化学成分为：C 0.16‑0.25，Si 0.70‑1.20，Mn 1.60‑2.45，P≤0.022，S≤0.015，Al≤0.030，Cr+Ni+Mo≤2.30，RE 0.0005‑0.0020，余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。通过本发明的技术方案，Cr、Ni、Mo高合金低碳钢存在Re元素的钢材具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的钢轨，具有很好的耐磨性和抗接触疲劳性。本发明含稀土高强度高韧性贝氏体钢轨具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。

Description

钢轨和钢轨的生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种钢轨和一种钢轨的生产方法。
背景技术
铁路朝着重载化、高效化技术的飞速发展对钢轨的使用性能和寿命提出越来越高的要求。目前，我国现役钢轨多以珠光体组织类型为主，随着我国铁路货运载重增加和速度加快，在铁路线曲线区段和道岔等条件恶劣部位使用的现有珠光体钢轨磨损、剥落等失效大幅增加，现有的珠光体钢轨性能已经远远不能满足铁路高速、重载运输发展需求，迫切需要提高钢轨的综合性能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供了一种钢轨。
本发明的另一个目的在于提供了一种钢轨的生产方法。
有鉴于此，本发明第一方面的技术方案提供了一种钢轨，以wt％计，其化学成分为：C 0.16-0.25，Si 0.70-1.20，Mn 1.60-2.45，P≤0.022，S≤0.015，Al≤0.030，Cr+Ni+Mo≤2.30，RE 0.0005-0.0020，余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。
本发明第二方面的技术方案提出了一种钢轨的生产方法，用于冶炼第一方面的技术方案的钢轨，包括：铁水预处理；90吨顶底复吹转炉冶炼；LF炉精炼；VD真空处理；大方坯连铸；步进式加热炉加热；高压水除磷；BD1开坯；BD2中轧；高压水除磷；CCS万能轧制；矫直；冷却；探伤；锯切。
进一步地，原料为(wt％)高炉铁水90％、废钢10％，高炉铁水经过KR脱硫预处理，使铁水中的S含量≤0.005％，P含量≤0.110％。
进一步地，所述铁水预处理后的铁水和废钢按照一定比例兑入顶底复吹转炉，采用双渣-留渣工艺冶炼，控制终点温度≥1620℃，出钢过程采用硅铁、低碳锰铁合金化，终脱氧采用低铝硅钙钡，加入量2.6kg/吨钢，采用挡渣塞进行挡渣，出钢后加入顶渣白灰3kg/吨钢。
进一步地，所述LF炉精炼，具体包括：加热升温，造白渣脱硫，白渣保持时间≥20min，渣中(FeO+MnO)≤1.0％，炉渣碱度R≥2.0，同时对钢水成分进行合理微调，全过程按要求正常吹氩。
进一步地，所述VD真空处理，具体包括：保持深真空时间≥20min，深真空度≤100Pa，抽真空结束后加入稀土铈铁合金，加入量0.35kg/吨钢，然后进行软吹≥25min。
进一步地，述大方坯连铸，具体包括：采用恒拉速、低过热度、结晶器电磁搅拌和末端轻压下控制，断面为360mm×450mm，拉速0.46-0.53m/min，过热度为25-30℃，比水量0.17L/Kg，结晶器电磁搅拌电流600A，频率1.8HZ，轻压下量≤6mm，浇注结束后，采用专门的缓冷坑对铸坯进行缓冷，缓冷时间≥5天。
进一步地，所述步进式加热炉加热，具体包括：将缓冷完的连铸坯放入步进式加热炉加热，钢坯加热温度为1190～1230℃，然后先后在BD1、BD2、CCS机组上进行多道次轧制所需规格的钢轨；开轧温度1120～1160℃，终轧温度910～940℃，钢轨在冷床上进行保温缓冷，低温矫直。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种含稀土高强度高韧性贝氏体钢轨及其生产方法，Cr、Ni、Mo高合金低碳钢存在Re元素的钢材具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的钢轨，具有很好的耐磨性和抗接触疲劳性。本发明含稀土高强度高韧性贝氏体钢轨具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述方面、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1：
根据本发明的实施例的钢轨，以wt％计，其化学成分为：C 0.16-0.25，Si 0.70-1.20，Mn 1.60-2.45，P≤0.022，S≤0.015，Al≤0.030，Cr+Ni+Mo≤2.30，RE 0.0005-0.0020，余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。
Mn、Cr元素压低贝氏体转变点，提高贝氏体淬透性和强度，Ni元素稳定奥氏体，细化贝氏体组织，提高冲击韧性，Mo稳定贝氏体转变和强化贝氏体组织，RE元素主要强化晶界，细化晶粒，有效变质夹杂物，提高延伸率。
实施例2：
根据本发明的实施例的钢轨的生产方法，包括：铁水预处理；90吨顶底复吹转炉冶炼；LF炉精炼；VD真空处理；大方坯连铸；步进式加热炉加热；高压水除磷；BD1开坯；BD2中轧；高压水除磷；CCS万能轧制；矫直；冷却；探伤；锯切。
进一步地，原料为(wt％)高炉铁水90％、废钢10％，高炉铁水经过KR脱硫预处理，使铁水中的S含量≤0.005％，P含量≤0.110％。
进一步地，所述铁水预处理后的铁水和废钢按照一定比例兑入顶底复吹转炉，采用双渣-留渣工艺冶炼，控制终点温度≥1620℃，出钢过程采用硅铁、低碳锰铁合金化，终脱氧采用低铝硅钙钡，加入量2.6kg/吨钢，采用挡渣塞进行挡渣，出钢后加入顶渣白灰3kg/吨钢。
进一步地，所述LF炉精炼，具体包括：加热升温，造白渣脱硫，白渣保持时间≥20min，渣中(FeO+MnO)≤1.0％，炉渣碱度R≥2.0，同时对钢水成分进行合理微调，全过程按要求正常吹氩。
进一步地，所述VD真空处理，具体包括：保持深真空时间≥20min，深真空度≤100Pa，抽真空结束后加入稀土铈铁合金，加入量0.35kg/吨钢，然后进行软吹≥25min。
进一步地，述大方坯连铸，具体包括：采用恒拉速、低过热度、结晶器电磁搅拌和末端轻压下控制，断面为360mm×450mm，拉速0.46-0.53m/min，过热度为25-30℃，比水量0.17L/Kg，结晶器电磁搅拌电流600A，频率1.8HZ，轻压下量≤6mm，浇注结束后，采用专门的缓冷坑对铸坯进行缓冷，缓冷时间≥5天。
进一步地，所述步进式加热炉加热，具体包括：将缓冷完的连铸坯放入步进式加热炉加热，钢坯加热温度为1190～1230℃，然后先后在BD1、BD2、CCS机组上进行多道次轧制所需规格的钢轨；开轧温度1120～1160℃，终轧温度910～940℃，钢轨在冷床上进行保温缓冷，低温矫直。
本实施例提供了一种含稀土高强度高韧性贝氏体钢轨及其生产方法，Cr、Ni、Mo高合金低碳钢存在Re元素的钢材具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的钢轨，具有很好的耐磨性和抗接触疲劳性。本实施例的含稀土高强度高韧性贝氏体钢轨具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。
本发明技术方案公开的一种铁路用高强韧性钢轨氢含量的控制方法，为国家项目，受国家重点研发计划资助，2017YFB0304500(National Key R&D Program of China)。
具体实施方式
一种含稀土高强度高韧性钢轨的冶炼生产工艺，包括：铁水预处理→90吨顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→大方坯连铸。铁水预处理、转炉冶炼、LF、VD炉外精炼、连铸过程中采取相应的工艺措施，包括：高炉铁水经过KR脱硫预处理，使铁水中的S含量≤0.005％，P含量≤0.110％；然后将预处理后的铁水和优质废钢按照比例兑入顶底复吹转炉，采用双渣-留渣工艺冶炼，控制终点温度≥1620℃，出钢过程采用硅铁、低碳锰铁合金化，终脱氧采用低铝硅钙钡，加入量2.6kg/吨钢，采用挡渣塞进行挡渣，出钢后加入顶渣白灰3kg/吨钢；LF精炼主要是加热升温，造白渣脱硫，白渣保持时间≥20min，渣中(FeO+MnO)≤1.0％，炉渣碱度R≥2.0，同时对钢水成分进行微调，全过程按要求正常吹氩；VD保持深真空时间≥20min，深真空度≤100Pa，抽真空结束后加入稀土铈铁合金，加入量0.35kg/吨钢，然后进行软吹≥25min；连铸采用恒拉速、低过热度、结晶器电磁搅拌和末端轻压下控制，断面为360mm×450mm，拉速0.46-0.53m/min，过热度为25-30℃，比水量0.17L/Kg，结晶器电磁搅拌电流600A，频率1.8HZ，轻压下量≤6mm，浇注结束后，采用专门的缓冷坑对铸坯进行缓冷，缓冷时间≥5天。各实例化学成分如表1所示。
表1各实例成分(质量百分数/％)
一种含稀土高强度高韧性钢轨的轧制工艺：大方坯→步进式炉加热→高压水除磷→BD1开坯→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→探伤→锯切→入库。钢坯加热温度为1190～1230℃；开轧温度1120～1160℃，终轧温度910～940℃，钢轨在冷床上进行缓冷。金相组织检验结果及力学性能如表2、表3所示。
表2各实例金相组织
注：表中B贝氏体，M为马氏体
表3各实例力学性能
从表2可以发现，各实例夹杂物细小、分布均匀，组织结构适宜，晶粒细小。从表3可以看出，各实例具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的钢轨，具有很好的耐磨性和抗接触疲劳性能。各项性能满足高速、重载铁路快速发展条件下铁路用高强韧性钢轨的要求。
以上说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，Cr、Ni、Mo高合金低碳钢存在Re元素的钢材具有良好强度、韧性及力学性能，用其制备的钢轨，具有很好的耐磨性和抗接触疲劳性。本发明含稀土高强度高韧性贝氏体钢轨具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢轨，其特征在于，以wt％计，其化学成分为：C 0.16-0.25，Si 0.70-1.20，Mn1.60-2.45，P≤0.022，S≤0.015，Al≤0.030，Cr+Ni+Mo≤2.30，RE 0.0005-0.0020，余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。
2.一种钢轨的生产方法，用于冶炼权利要求1中所述的钢轨，其特征在于，包括：
铁水预处理；90吨顶底复吹转炉冶炼；LF炉精炼；VD真空处理；大方坯连铸；步进式加热炉加热；高压水除磷；BD1开坯；BD2中轧；高压水除磷；CCS万能轧制；矫直；冷却；探伤；锯切。
3.根据权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征在于，原料为(wt％)高炉铁水90％、废钢10％，高炉铁水经过KR脱硫预处理，使铁水中的S含量≤0.005％，P含量≤0.110％。
4.根据权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征在于，所述铁水预处理后的铁水和废钢按照一定比例兑入顶底复吹转炉，采用双渣-留渣工艺冶炼，控制终点温度≥1620℃，出钢过程采用硅铁、低碳锰铁合金化，终脱氧采用低铝硅钙钡，加入量2.6kg/吨钢，采用挡渣塞进行挡渣，出钢后加入顶渣白灰3kg/吨钢。
5.根据权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征在于，所述LF炉精炼，具体包括：加热升温，造白渣脱硫，白渣保持时间≥20min，渣中(FeO+MnO)≤1.0％，炉渣碱度R≥2.0，同时对钢水成分进行合理微调，全过程按要求正常吹氩。
6.根据权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征在于，所述VD真空处理，具体包括：保持深真空时间≥20min，深真空度≤100Pa，抽真空结束后加入稀土铈铁合金，加入量0.35kg/吨钢，然后进行软吹≥25min。
7.根据权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征在于，所述大方坯连铸，具体包括：采用恒拉速、低过热度、结晶器电磁搅拌和末端轻压下控制，断面为360mm×450mm，拉速0.46-0.53m/min，过热度为25-30℃，比水量0.17L/Kg，结晶器电磁搅拌电流600A，频率1.8HZ，轻压下量≤6mm，浇注结束后，采用专门的缓冷坑对铸坯进行缓冷，缓冷时间≥5天。
8.根据权利要求2所述的钢轨的生产方法，其特征在于，所述步进式加热炉加热，具体包括：将缓冷完的连铸坯放入步进式加热炉加热，钢坯加热温度为1190～1230℃，然后先后在BD1、BD2、CCS机组上进行多道次轧制所需规格的钢轨；开轧温度1120～1160℃，终轧温度910～940℃，钢轨在冷床上进行保温缓冷，低温矫直。
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