CN111485171A - 一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法，其质量百分的化学成分：C 0.75％～0.80％；Si 0.62％～0.70％；Mn 0.92％～0.98％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.04％～0.12％，其余为Fe，质量分数共计为100％。本发明采用280mm×380mm钢坯断面轧制钢轨，钢坯定尺长度9.53m，轧制出的75kg/m断面钢轨定尺长度达到100m，优化C、Si、Mn元素并添加V合金元素提高钢轨强度和硬度；轧制后利用钢轨余热进行热处理，快速冷却使得钢轨珠光体轨组织片层间距细化，来提高该钢轨材料的抗拉强度、硬度和韧性。

Description

一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金材技术料领，尤其涉及一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法。
背景技术
随着铁路技术的发展，世界各国铁路正在朝着高速度、大轴重、高运量的方向迈进，为此各国货运铁路普遍采用重型断面钢轨，我国重载货运线(如大秦线、神朔线等)均采用自主研发的75kg/m断面钢轨，以提升钢轨使用过程中的承载力和安全性。但随着运量的加大使得钢轨及焊接接头伤损日趋严重，特别是在钢轨焊接接头处，断轨的风险加大。因此为确保重载线路运输安全，提出生产百米75kg/m高强度热处理钢轨，以减少焊接接头、提升钢轨使用寿命。
我国75kg/m断面钢轨已经生产多年，各家钢轨企业生产出的钢轨长度仅达到75m，主要是由于生产设备限制的因素，还不具备生产百米75kg/m钢轨的条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法，通过延长75kg/m断面钢轨定尺长度和提高钢轨强度来实际解决重载铁路线耐磨性和焊接风险的问题；通过研究化学成分和性能作用机理，制定钢轨化学成分范围，采用轧制后在线热处理的方法，加快钢轨冷却速度，使得钢轨珠光体组织的片层间距细化，从而反映到力学性能的硬度和强度的提升，提高钢轨耐磨性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种重载铁路用钢轨材料，其质量百分的化学成分：C 0.75％～0.80％；Si0.62％～0.70％；Mn 0.92％～0.98％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.04％～0.12％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分的化学成分：C 0.78％；Si 0.64％；Mn 0.95％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.07％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分的化学成分：C 0.78％；Si 0.66％；Mn 0.94％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.06％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分的化学成分：C 0.79％；Si 0.63％；Mn 0.98％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.07％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分的化学成分：C 0.78％；Si 0.67％；Mn 0.95％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.06％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分的化学成分：C 0.80％；Si 0.65％；Mn 0.97％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.08％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分的化学成分：C 0.79％；Si 0.66％；Mn 0.96％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.08％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
一种重载铁路用钢轨材料的制备方法，包括：铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸；其中真空冶炼采用无铝脱氧合金化，钢坯断面280mm×380mm。
采用280mm×380mm铸坯断面生产75kg/m断面钢轨，包括：
钢坯定尺长度由原来的6.72m延长至9.53m，以保证轧制出的钢轨长度达到100m要求；
加热工艺制度：钢坯加热总时间4小时，预热段≤800℃，加热Ⅰ段≤1200℃，加热Ⅱ断1100℃～1280℃，均热段1150℃～1260℃，钢坯出炉温度1250℃；
轧制工艺制度：钢坯经BD1轧机轧制7道次，BD2轧机轧制3道次，CCS轧机往复轧制3道次，压缩比为11.19，轧制成百米75kg/m断面钢轨，钢轨开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度930℃～950℃；
在线热处理工艺制度：钢轨730℃进入热处理生产线，采用水雾冷却快速冷却钢轨至550℃出热处理生产线，随后钢轨空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明采用280mm×380mm钢坯断面轧制钢轨，钢坯定尺长度9.53m，轧制出的75kg/m断面钢轨定尺长度达到100m，并优化C、Si、Mn元素并添加V合金元素提高钢轨强度和硬度。
轧制后利用钢轨余热进行热处理，快速冷却使得钢轨珠光体轨组织片层间距细化，来提高该钢轨材料的抗拉强度、硬度和韧性。
采用本专利生产的钢轨，具有良好的抗拉强度和踏面硬度，使得钢轨更加耐磨，延长钢轨使用寿命，并且本专利研发的百米75kg/m钢轨可极大的减少钢轨焊接接头数量，并且提高钢轨固定式闪光焊接效率，降低线路运行中钢轨焊接接头断裂风险，实现成功轧制百米75kg/m断面钢轨。
具体实施方式
钢轨的冶炼生产工艺为：铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸。真空冶炼采用无铝脱氧合金化，钢坯断面280mm×380mm，定尺长度9.53m，各实例化学成分如表1所示。
表1各实例钢轨化学成分(质量百分数/％)
Figure BDA0002439356970000031
Figure BDA0002439356970000041
钢轨加热、轧制及在线热处理研究工艺：钢坯加热→钢轨轧制→在线热处理→矫直→探伤。加热工艺制度：钢坯加热总时间4小时，预热段≤800℃，加热Ⅰ段≤1200℃，加热Ⅱ断1100℃～1280℃，均热段1150℃～1260℃，钢坯出炉温度1250℃。轧制工艺制度：钢坯经BD1轧机轧制7道次，BD2轧机轧制3道次，CCS轧机往复轧制3道次，压缩比为11.19，轧制成百米75kg/m断面钢轨，钢轨开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度930℃～950℃。在线热处理工艺制度：钢轨730℃进入热处理生产线，采用水雾冷却快速冷却钢轨至550℃出热处理生产线，随后钢轨空冷至室温，检测热轧钢轨和热处理钢轨力学性能，结果如表2、表3所示。
表2各实例热轧钢轨力学性能
Figure BDA0002439356970000042
表3各实例热处理钢轨力学性能
Figure BDA0002439356970000043
从表2、表3可以看出，各实例热处理后钢轨相比热轧态钢轨具有良好强度、韧性，根据技术标准对钢轨进行外型尺寸检验，见表4。钢轨定尺长度、外型尺寸、平直度，检测结果符合TB/T 2344-2012标准技术要求，75kg/m钢轨定尺长度达到100m。
表4百米75kg/m钢轨外型尺寸检测结果
Figure BDA0002439356970000051
本发明生产的百米75kg/m钢轨可极大的提升钢轨焊接效率、减少焊接接头数量，焊接一支500米长度钢轨的时间由3小时降低至1小时，焊接接头由6个减少至4个，对于钢轨焊接的发展意义重大。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C 0.75％～0.80％；Si 0.62％～0.70％；Mn 0.92％～0.98％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.04％～0.12％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
2.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C0.78％；Si 0.64％；Mn 0.95％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.07％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
3.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C0.78％；Si 0.66％；Mn 0.94％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.06％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
4.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C0.79％；Si 0.63％；Mn 0.98％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.07％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
5.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C0.78％；Si 0.67％；Mn 0.95％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.06％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
6.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C0.80％；Si 0.65％；Mn 0.97％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.08％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
7.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨材料，其特征在于，其质量百分的化学成分：C0.79％；Si 0.66％；Mn 0.96％；P≤0.025％；S≤0.025％；V 0.08％，其余为Fe，质量分数共计为100％。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的重载铁路用钢轨材料的制备方法，其特征在于，包括：铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸；其中真空冶炼采用无铝脱氧合金化，钢坯断面280mm×380mm。
9.根据权利要求8所述的重载铁路用钢轨材料的制备方法，其特征在于，采用280mm×380mm铸坯断面生产75kg/m断面钢轨，包括：
钢坯定尺长度由原来的6.72m延长至9.53m，以保证轧制出的钢轨长度达到100m要求；
加热工艺制度：钢坯加热总时间4小时，预热段≤800℃，加热Ⅰ段≤1200℃，加热Ⅱ断1100℃～1280℃，均热段1150℃～1260℃，钢坯出炉温度1250℃；
轧制工艺制度：钢坯经BD1轧机轧制7道次，BD2轧机轧制3道次，CCS轧机往复轧制3道次，压缩比为11.19，轧制成百米75kg/m断面钢轨，钢轨开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度930℃～950℃；
在线热处理工艺制度：钢轨730℃进入热处理生产线，采用水雾冷却快速冷却钢轨至550℃出热处理生产线，随后钢轨空冷至室温。
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