CN109295274A

CN109295274A - 一种耐混凝土腐蚀的槽型钢轨及其生产方法

Info

Publication number: CN109295274A
Application number: CN201811151598.9A
Authority: CN
Inventors: 王瑞敏; 周剑华; 朱敏; 费俊杰; 郑建国; 欧阳珉路; 赵国知
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2019-02-01

Abstract

本发明公开了一种耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.62～0.80％、Mn 0.60～1.30％、Si 0.40～0.90％、S≤0.025％、P≤0.025％、Cu≤0.6％、Cr≤0.6％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过优化成分及生产工艺，生产出耐混凝土腐蚀的槽型钢轨，满足热轧槽型钢轨耐蚀性能要求，且涉及的生产工艺简单，制备成本低，适合推广应用。

Description

一种耐混凝土腐蚀的槽型钢轨及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金及材料领域，具体涉及一种耐混凝土腐蚀的槽型钢轨及其生产方法。

背景技术

现代有轨电车是在传统有轨电车的基础上通过全面改造升级发展起来的一种先进交通方式，是重要的城市轨道交通方式之一。现代有轨电车作为一种新型绿色中、低运量公共交通系统，具有节能环保、舒适安全、运营灵活、成本适宜的特征，特别适用于特大城市轨道交通延伸或补充以及中等城市骨干公共交通工具。依据我国城市轨道交通网络规划，全国有轨电车的远期规划线路已将近5000公里，在2020年前将要建设的线路超过2500公里，总投资将达3000亿，目前全国超过50个大中城市计划布局有轨电车线路。

现代有轨电车轨道使用的是槽型钢轨，采用钢轨埋入式的轨道结构，整个钢轨埋在混凝土路基内，只露出轨头踏面、沟槽和轨唇部分，钢轨换轨的技术难度和工程代价都非常大。由于槽型钢轨轨头以下部分是浇注在混凝土中，所以需要一种耐混凝土腐蚀的槽型钢轨，从而延长钢轨的使用寿命。

在本发明提出之前，在公开的标准中关于热轧槽型钢轨没有提到混凝土腐蚀的问题。在本发明之前，国内外所公开的专利均没有涉及到槽型钢轨耐混凝土腐蚀的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种耐混凝土腐蚀的槽型钢轨，它在保证热轧槽型钢轨使用性能的基础上，可满足在混凝土中使用时的耐蚀性能，且涉及的制备方法简单、成本低，适合推广应用。

为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：

一种耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.62～0.80％、Mn 0.60～1.30％、Si 0.40～0.90％、S≤0.025％、P≤0.025％、Cu≤0.6％、Cr≤0.6％，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选的，所述耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨中，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.65～0.76％、Mn 0.75～1.10％、Si 0.45～0.85％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu 0.20～0.50％、Cr 0.20～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

各组分作用机理如下：

C；C是提高强度最经济有效的合金元素，随着碳含量的增加，材料强度不断提高，但塑性急剧降低，因此将C含量目标值控制在0.62～0.80％范围内，优化目标0.65～0.76％；

Mn：Mn主要固溶于铁素体中以提高材料的强度，又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，Mn含量很高时，钢的抗氧化性能下降，因此Mn含量目标值控制在0.60～1.30％范围内，优化目标0.75～1.10％；

Si：Si在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的弹性极限，可以提高抗蚀和抗高温氧化能力，因此Si含量控制在0.40～0.90％范围内，优化目标0.45～0.85％。

P：P在钢中容易造成偏析恶化焊接性、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度，故将P含量目标值控制P≤0.020％。

S：S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的延展性及韧性，S含量高时显著降低钢的冲击韧性，因此S含量目标值控制在≤0.020％。

Cu：Cu是提高耐腐蚀性能的主要合金元素，钢中含有一定量的铜，能有效提高钢的耐腐蚀性能，但是Cu含量过高会引起晶间偏聚而导致晶界脆化，含铜量较高的钢在热加工时容易开裂，而且铜含量过高也会影响其焊接性能；因此将Cu含量目标值控制在≤0.6％范围内，优化目标0.20～0.50％。

Cr：Cr是提高耐腐蚀性能的主要合金元素，Cr促使钢的表面形成钝化膜，当含有一定量的Cr时，显著提高钢的耐腐蚀性能，所以将Cr含量目标值控制在≤0.6％，优化目标0.20～0.60％。Cu与Cr的协同效应，可以改善基体表面膜的钝化能力，进而提高表面膜的电化学稳定性，从而使表面膜抵抗侵蚀破坏的能力增强。为了优化应用效果，铜铬的添加量按1:1添加即可。

上述一种耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨的制备方法，包括冶炼、轧制、复合矫直、精整等工艺。

上述方案中，所述冶炼工艺包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、钢包炉精炼、真空处理、280×380mm方坯保护浇注步骤；

其中转炉冶炼中，炉渣碱度控制在2.5～4.5，终点采用高拉补吹工艺，严防钢水过氧化，确保C-T协调出钢，出钢温度控制目标为1645～1675℃，出钢水1/4左右时，随钢流加入硅、锰等脱氧合金和增碳剂，钢水出至3/4时，合金、增碳剂全部加入。

钢包炉精炼中，采用白渣操作，炉渣碱度按2-4控制，形成白渣后按目标成分调整化学成分；LF炉处理时间40-50min。

真空处理中，真空度≤100Pa，纯真空处理时间≥15min。

方坯保护浇注采用连铸工艺：大包至中包采用长水口，中间包至结晶器采用浸入式水口保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌，电搅电流300～600A。

上述方案中，所述轧制工艺的加热温度为1060℃～1180℃；开轧温度为1030～1100℃,保证在较低的温度下轧制，可以避免表面出现“铜脆”裂纹缺陷,有效保证所得钢材的力学性能等；终轧温度为810～930℃。

上述方案中，所述冷却工艺为在冷床上进行带热预弯自然冷却。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明通过成分设计及生产工艺优化，生产出耐混凝土腐蚀的槽型钢轨，满足热轧槽型钢轨的使用性能和耐蚀性能要求；

2)本发明涉及的合金添加量较少、合金成本低，制造工艺简单，并首次提出改善钢轨材料的耐混凝土腐蚀性能，具有重要的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明所述耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨的生产流程示意图。

图2为本发明实施例1所得轧槽型钢轨的金相组织图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1～5

实施例1～5所述耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨的生产流程示意图见图1，具体制备制备方法包括如下步骤：依次经过铁水脱硫、120吨转炉冶炼、吹氩、钢包炉精炼、真空处理、连铸、加热、轧制，主要步骤的参数为：

转炉冶炼：炉渣碱度控制在2.5～4.5，出钢温度控制目标：1660±15℃，出钢水1/4左右时，随钢流加入硅、锰等脱氧合金和增碳剂，钢水出至3/4时，合金、增碳剂全部加入；

钢包炉精炼：采用白渣操作，炉渣碱度按2-4控制，形成白渣后按目标成分调整化学成分；LF炉处理时间40-50min；

真空处理：真空度≤100Pa，纯真空处理时间≥15min；

连铸：大包至中包采用长水口，中间包至结晶器采用浸入式水口保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌，电搅电流300～600A；

加热：1060℃～1180℃；轧制：开轧温度1030～1100℃；终轧温度：810～930℃；冷却：在冷床上进行带热预弯自然冷却。

实施例1～5所得钢材产品的化学成分见表1，表中所列化学成分的余量为Fe及不可避免的杂质。

对比例1～2

对比例1～2所述钢材的制备工艺与本发明实施例大致相同，具体成分和工艺参数区别分别见表1和表2。

表1本发明各实施例及对比例所述钢材的化学组分及含量信息(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr
								实施例1	0.75	0.65	0.90	0.011	0.004	0.27	0.31
实施例2	0.78	0.68	0.95	0.015	0.004	0.31	0.29
								实施例3	0.77	0.70	0.94	0.018	0.005	0.23	0.26
实施例4	0.73	0.69	1.10	0.020	0.008	0.25	0.28
								实施例5	0.71	0.64	0.92	0.017	0.006	0.26	0.30
对比例1	0.74	0.61	0.96	0.015	0.005	/	/
								对比例2	0.75	0.67	0.98	0.012	0.007	/	/

表2本发明各实施例及对比例所述钢材的主要工艺参数

对实施例1～5和对比例1、2所得钢材分别进耐混凝土腐蚀性能测试：用周浸试验研究材料在混凝土模拟液中的腐蚀行为，采用腐蚀速度来表征耐腐蚀能力，腐蚀速度采用失重法计算，腐蚀速度越低，其耐腐蚀能力越强。

表3本发明实施例及对比例所得钢材的力学性能和耐混凝土腐蚀性能测试结果

图2是本发明实施例1所得钢材的金相组织图，说明采用本发明所述成分和工艺体系，可有效避免钢材表面出现“铜脆”等裂纹缺陷,有利于进一步保证优异的力学性能。

由表3可以看出：本发明所得钢材具有良好的耐混凝土腐蚀性能和力学性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.62～0.80％、Mn 0.60～1.30％、Si 0.40～0.90％、S≤0.025％、P≤0.025％、Cu≤0.6％、Cr≤0.6％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨，其特征在于，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.65～0.76％、Mn 0.75～1.10％、Si 0.45～0.85％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu 0.20～0.50％、Cr 0.20～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.权利要求1或2所述耐混凝土腐蚀的热轧槽型钢轨的制备方法，其特征在于，包括冶炼、轧制、复合矫直、精整工艺。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述冶炼工艺包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、钢包炉精炼、真空处理、280×380mm方坯保护浇注步骤；

其中转炉冶炼中，炉渣碱度控制在2.5～4.5，终点采用高拉补吹工艺，严防钢水过氧化，确保C-T协调出钢，出钢温度控制目标为1645～1675℃；

钢包炉精炼中，采用白渣操作，炉渣碱度按2-4控制，形成白渣后按目标成分调整化学成分；LF炉处理时间40-50min；

真空处理中，真空度≤100Pa，纯真空处理时间≥15min；

方坯保护浇注采用连铸工艺，大包至中包采用长水口，中间包至结晶器采用浸入式水口保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌，电搅电流300～600A。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述轧制工艺的加热温度为1060℃～1180℃；开轧温度为1030～1100℃；终轧温度为810～930℃。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述冷却工艺为在冷床上进行带热预弯自然冷却。