CN109266830A - 一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法。钢轨铸坯采用冷装工艺，加热过程包含预热段、加热段和均热段，预热段温度不大于900℃；加热段温度介于1050℃‑1180℃之间；均热段温度介于1130℃‑1180℃。本发明可使碳含量在0.74%‑0.79wt%的高碳钢轨踏面脱碳层深度小于0.5mm，同时在保证钢轨脱碳性能满足标准要求的基础上，降低了加热炉加热温度和加热时间，减少了加热炉煤气用量，节约了能源介质用量，适当控制氧化气氛提高了煤气介质燃烧效率，确保了能源介质充分燃烧，有效降低污染物大气排放。

Description

一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法
技术领域
本发明涉及钢轨轧制技术领域，具体是指一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法。
背景技术
随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，铁路的客运、货运负担不断加重，使得铁路运输向着高速、重载和高行车密度方向发展，从而也对钢轨提出了越来越高的要求。钢轨脱碳将使其性能降低，如机械性能下降、硬度降低、耐磨性差和疲劳强度降低等，影响钢轨的使用寿命，因此国内外钢轨技术标准均对脱碳层深度提出了明确要求，各钢轨生产企业也在脱碳层控制方面开展了大量的技术研究。
中国专利CN101967541B《一种控制重轨钢坯炉内脱碳的加热方法》介绍到控制加热炉内温度900℃-1300℃，由于加热温度较高，一方面将消耗大量的能源介质，另一方面高温必将导致钢轨铸坯表面烧损严重；中国专利CN104233073B《一种表面脱碳层小于0.3mm钢轨》介绍到铸坯连铸后热送热装进加热炉，铸坯装炉温度大于750℃，虽然避免了铸坯二次加热增加脱碳，但不能在线检验钢轨铸坯质量，如果铸坯存在重大质量缺陷势必导致大量钢轨降级或判废，且钢中添加适量Cr元素，增加了钢轨合金成本；上述两项专利均以U71Mn钢轨为实施对象，而U71Mn钢轨碳含量为0.65-0.76wt%；实际研究发现，钢轨中随着含碳量的增加脱碳层控制难度将成几何倍数增长，因此上述两项专利的加热生产工艺在更高碳含量的钢轨产品中难以应用。中国专利CN 103614527B《一种能减少热轧钢轨踏面脱碳深度的方法》对钢轨铸坯加热时间、加热速率以及保温时间均提出了明确要求，但加热工艺非常复杂，工业生产中很难实现应用。
发明内容
本发明针所要解决的技术问题是提供一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热方法，可使碳含量在0.74%-0.79wt%的高碳钢轨踏面脱碳层深度小于0.5mm，并且可减少能源介质消耗，降低钢轨生产成本。
解决上述技术问题的技术方案为：
一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法，钢轨铸坯采用冷装工艺，加热过程包含预热段、加热段和均热段，预热段温度不高于900℃；加热段温度介于1050℃-1180℃之间；均热段温度介于1130℃-1180℃。
上述的加热生产方法，采用步进梁式加热炉，其中预热段、加热段和均热段均采用氧化性气氛，空气消耗系数控制在1.1-1.3范围。
上述的加热生产方法，所述钢轨铸坯采用冷装工艺是指铸坯入炉温度不大于200℃，钢轨铸坯加热时间控制在2.5～3.5h。
上述的加热生产方法，所述高碳钢轨的碳含量介于0.74-0.79wt%，铸坯规格280mm×380mm，成品钢轨规格50kg/m和60kg/m。
原理分析：
脱碳是钢轨表层的碳原子在高温条件下产生热扩散而移至表面与加热炉内氧气发生作用，而导致钢轨表层一定范围内碳原子散失的现象。脱碳过程与氧化过程同时发生，钢坯加热时，当脱碳速度大于氧化速度时，主要形成脱碳层，反之则主要形成氧化铁皮。加热温度、加热炉内气氛和加热时间均会对钢轨脱碳层产生影响。从原子扩散理论分析，含碳量越高的钢轨，钢坯内部与表面形成的碳浓度梯度越大，将促进钢坯内部碳原子加速向表面扩散，最终加速钢轨表面脱碳。同时，钢轨加热温度越高，加热时间越长，钢轨表面与炉内气氛的氧化反应越剧烈，反应时间也越长，脱碳现象越明显。
相比现有技术，本发明通过降低铸坯加热温度、缩短铸坯加热时间，降低了加热过程钢坯表面反应剧烈程度，减少了反应时间，从而达到降低脱碳层深度的目的。同时适当控制炉内氧化性气氛，增加钢坯加热过程氧化反应程度，抑制脱碳反应，进一步降低钢轨脱碳效果。
本发明的有益效果为：
本发明可使碳含量在0.74%-0.79wt%的高碳钢轨踏面脱碳层深度小于0.5mm，同时在保证钢轨脱碳性能满足标准要求的基础上，降低了加热炉加热温度和加热时间，减少了加热炉煤气用量，节约了能源介质用量，适当控制氧化气氛提高了煤气介质燃烧效率，确保了能源介质充分燃烧，有效降低污染物大气排放。
附图说明
图1为实施例1轨头踏面脱碳层的金相组织图（100×）；
图2为实施例1轨角脱碳层的金相组织图（100×）；
图3为实施例2轨头踏面脱碳层的金相组织图（100×）；
图4为实施例2轨角脱碳层的金相组织图（100×）；
图5为实施例3轨头踏面脱碳层的金相组织图（100×）；
图6为实施例3轨角脱碳层的金相组织图（100×）；
图7为实施例4轨头踏面脱碳层的金相组织图（100×）；
图8为实施例4轨角脱碳层的金相组织图（100×）；
图9为实施例5轨头踏面脱碳层的金相组织图（100×）；
图10为实施例5轨角脱碳层的金相组织图（100×）；
图11为实施例6轨头踏面脱碳层的金相组织图（100×）；
图12为实施例6轨角脱碳层的金相组织图（100×）。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1-6的钢轨铸坯为矩形铸坯，横断面尺寸280mm×380mm，温度不大于200℃，铸坯长度根据成品钢轨长度确定；
首先将铸坯运输至步进式加热炉炉外上料机构储料位上，上料结构根据生产节奏及工艺要求将铸坯送入加热炉。铸坯在炉内依次通过预热段、加热段和保温段；炉内喷嘴通过燃烧混合煤气实现铸坯加热，炉顶及两侧的喷嘴根据工艺要求及实际炉内温度自动调整喷嘴火焰大小；铸坯加热工艺达到目标要求后出料装置将铸坯从加热炉取出送至轧钢工序；完成轧制后在成品钢轨上取样进行脱碳层深度的检验。
本发明实施例1-6钢轨的冶炼成分见表1，主要加热生产工艺参数见表2，实际脱碳层深度检验结果见表3。
表1 本发明实施例钢轨冶炼成分，wt%
表2 本发明实施例加热生产工艺
表3 本发明实施例脱碳层深度，mm
上述实施例可以看出，U75V钢轨化学成分中C含量为0.74-0.79wt%，相比U71Mn钢轨C含量明显较高，预热段温度889-900℃，空气消耗系数1.1；加热段温度1050-1180℃，空气消耗系数设为1.3；均热段温度1130-1180℃，空气消耗系数1.2。经对各实施例钢轨脱碳层深度进行检验，轨头踏面脱碳层深度控制在0.13-0.28mm，轨角位置脱碳层深度控制在0.25-0.36mm，完全满足标准对于脱碳层深度不大于0.50mm的要求。

Claims (4)

1.一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法，其特征在于：钢轨铸坯采用冷装工艺，加热过程包含预热段、加热段和均热段，预热段温度不高于900℃；加热段温度介于1050℃-1180℃之间；均热段温度介于1130℃-1180℃。
2.如权利要求1所述的控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法，其特征在于：加热采用步进梁式加热炉，其中预热段、加热段和均热段均采用氧化性气氛，空气消耗系数控制在1.1-1.3范围。
3.如权利要求1所述的控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法，其特征在于：所述钢轨铸坯采用冷装工艺是指铸坯入炉温度不大于200℃，钢轨铸坯加热时间控制在2.5～3.5h。
4.如权利要求1或2或3所述的控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法，其特征在于：所述高碳钢轨的碳含量介于0.74-0.79wt%，铸坯规格280mm×380mm，成品钢轨规格50kg/m和60kg/m。
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