CN113909293A - 一种中等强度钢轨及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中等强度钢轨及其生产方法，该方法包括：采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯，对所述钢坯进行加热，将所述钢坯轧制成钢轨，所述钢轨的长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57‑78mm2。本发明采用中等强度钢轨生产方法能够得到低成本、高性能的中等强度钢轨。

Description

一种中等强度钢轨及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金环保领域，特别涉及一种中等强度钢轨及其生产方法。
背景技术
随着国内外铁路运量的增加、轴重的加大、速度的提高，对钢轨质量或是性能的要求越来越高。铁路依据运输条件分为客运专线铁路、货运专线铁路和客货混运铁路。国内外铁路以客运专线和客货混运线路为主流线路，占比达到90％以上。客运专线线路和客货混运铁路用钢轨需综合考虑钢轨强度级别、运量和成本经济性等方面。通常，客运专线线路和客货混运铁路用钢轨单重≤60kg/m，钢轨强度级别选择H350-H370级。
由此可见，如何生产低成本、高性能的上述钢轨成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本发明提出了一种低成本、高性能的中等强度钢轨生产方法。
本发明的中等强度钢轨生产方法通过以下技术方案实现：
根据本发明，提供一种中等强度钢轨生产方法，该方法包括：
采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯；
对所述钢坯进行加热；
将所述钢坯轧制成钢轨，所述钢轨的长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57-78mm2。
根据本发明的一个实施例，所述钢坯截面面积为1000mm2-1600mm2，所述钢坯的单重介于43kg/m-60kg/m。
根据本发明的一个实施例，所述采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯，包括：
采用包含铬微合金化碳素的钢冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯。
根据本发明的一个实施例，所述钢轨的成分包括：0.70-0.90％的碳，Si+Mn+Cr≤1.9％，≤0.020％的磷，≤0.020％的硫，以及98.41-96.85％重量的铁。
根据本发明的一个实施例，所述钢坯轧制成钢轨的成材率为≥95％。
根据本发明的一个实施例，在将所述钢坯轧制成钢轨之后，还包括：
利用轧制余热温度进行在线热处理工艺。
根据本发明的一个实施例，加热温度为1200-1250℃之间，均热段保温时间介于150-240min之间。
根据本发明的一个实施例，所述钢轨的氧含量≤20ppm；所述钢轨的氮含量≤60ppm；所述钢轨的氢含量≤2ppm。
根据本发明的一个实施例，所述钢轨致密度≤0.92，真密度≤7.72。
根据本发明的一个实施例，A+B+C+D类夹杂物评级≤3.0。其中，B+C+D≤2.0。
根据本发明，提供一种中等强度钢轨，采用上述方法制备而成。
由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明所述的中等强度钢轨生产方法，采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯，并将所述钢坯轧制成钢轨，所述钢轨的长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57-78mm2，采用大断面钢坯，可以单次生产75m及以上长度钢轨，生产效率和成材率大幅提高。另外，得到的钢轨硬度350-370HB，磨损量≤0.40，接触疲劳寿命≥50000次，610mm长钢轨轨腰张开度≤3.0mm/400mm。特别适宜年运量介于2000-5000万吨运量的低成本高人工偏僻铁路线路用钢轨。
附图说明
图1示出了依据本发明的中等强度钢轨生产方法的一个实施例的流程图；
图2示出了依据本发明的中等强度钢轨生产方法的一个实施例所示的钢坯轧制成钢轨过程的流程图；
图3示出了依据本发明的中等强度钢轨生产方法的一个实施例的钢轨疲劳裂纹扩展速率试验取样位置图；
图4示出了依据本发明的中等强度钢轨生产方法的一个实施例的疲劳裂纹扩展速率试样尺寸图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，依据本发明的中等强度钢轨生产方法包括：
S101、采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯。
在一种具体实现方式中，选用包含铬微合金化碳素的钢，并采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯。其中，高纯净钢冶炼工艺为现有工艺。
示例性的，钢坯的制作过程可以包括：转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、保护浇铸、冷却和加热炉加热。其中，加热炉加热的温度为1230-1280℃。具体地，加热温度可以为1230℃、1250℃或1280℃。加热炉的加热时间可以为150-240min。具体的，加热炉的加热时间可以为150min、190min或240min。
优选的，所述钢坯截面面积可以为：1000mm2-1600mm2。
S102、对所述钢坯进行加热。
在一种具体实现方式中，加热温度可以为1200-1250℃，均热段保温时间为150-240min。具体地，加热温度可以为1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃或1250℃。具体地，均热段保温时间为150min、160min、170min、180min、190min、200min、210min、220min、230min或240min。
S103、将所述钢坯轧制成钢轨，所述钢轨的长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57-78mm2。
所述钢坯轧制成钢轨的成材率可以为≥95％。
在一种具体可实现方式中，如图2所示，钢坯轧制成钢轨的过程。例如，采用高压水枪对钢坯进行喷射，喷射压力可以为20-30MPa，喷射角度可以为40-50°，然后将钢坯轧制成长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57-78mm2的钢轨。
优选的，钢坯的单重介于43kg/m-60kg/m。
本发明采用大断面铸坯尺寸轧制钢轨，增大压缩比，有利于提高钢轨致密度和轧制变形量，提高钢轨综合性能。常规钢轨轧制压缩比为9:1，采用本发明专利达到12:1-16:1。
在一些实施例中，在将所述钢坯轧制成钢轨之后，本申请实施例提供的中等强度钢轨生产方法还可以包括：
S104、利用轧制余热温度进行在线热处理工艺。
在一种具体可实现方式中，在轧制完毕后得到的钢轨的余热进行加速冷却，加速冷却的冷却速度为1-4℃/s。具体地，加速冷却的冷却速度可以为1℃/s、2℃/s、3℃/s或4℃/s。
本发明提出了低成本成分设计和高效长尺钢轨生产。同时，利用轧制余热进行热处理，在提高钢轨性能的同时，结合线路使用条件，降低踏面硬度，保证轨头踏面和轨低冷却统一性，降低钢轨残余应力，以满足低成本高性能钢轨使用要求。
本发明提供的中等强度钢轨生产方法制备得到的钢轨，该钢轨的成分包括：0.70-0.90％的碳，Si+Mn+Cr≤1.9％，≤0.020％的磷，≤0.020％的硫，以及96.85-98.41％重量的铁。
在一种具体可实现方式中，钢轨中碳的含量可以为0.70重量％、0.80重量％或0.90重量％。
在一种具体可实现方式中，钢轨中Si+Mn+Cr的含量可以为0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1.0重量％、1.1重量％、1.2重量％、1.3重量％、1.4重量％、1.5重量％、1.6重量％、1.7重量％、1.8重量％或1.9重量％。
在一种具体可实现方式中，钢轨中磷的含量可以为0.002重量％、0.005重量％、0.009重量％、0.010重量％、0.011重量％、0.013重量％、0.014重量％、0.016重量％、0.018重量％或0.020重量％。
在一种具体可实现方式中，钢轨中硫的含量可以为0.002重量％、0.005重量％、0.009重量％、0.010重量％、0.011重量％、0.013重量％、0.014重量％、0.016重量％、0.018重量％或0.020重量％。
在一种具体可实现方式中，钢轨中铁的含量可以为96.85重量％、96.95重量％、97.10重量％、97.25重量％、97.40重量％、97.55重量％、97.65重量％、97.85重量％、98重量％、或98.20重量％或98.41重量％。
本发明的所述钢轨中氧的含量≤20ppm；所述钢轨中氮的含量≤60ppm；所述钢轨中氢的含量≤2ppm。所述钢轨致密度≤0.92，所述钢轨真密度≤7.72。所述钢轨中A+B+C+D类夹杂物评级≤3.0。其中，所述钢轨中B+C+D类夹杂物评级≤2.0。
在下文中，将结合实施例来具体描述本发明中中等强度钢轨及其生产方法。
本发明实施例和对比例采用不同的化学成分。
表1实施例和对比例钢轨化学成分/％
Figure BDA0003325760130000051
Figure BDA0003325760130000061
Figure BDA0003325760130000071
当实施例和对比例经冶炼浇铸为钢坯，钢坯加热温度为1200-1250℃之间，均热段保温时间介于150-240min之间。钢坯轧制为钢轨后，利用轧制余热采用不同的热处理工艺，具体工艺如表2所示。
表2实施例和对比例钢轨热处理工艺情况
Figure BDA0003325760130000072
Figure BDA0003325760130000081
实施例和对比例采用型号为3H-2000TD1-K的全自动真密度及开闭率分析仪，进行真密度检验。采用型号为OPA-200的金属原位分析仪，实施例和对比例进行致密度检验。检验结果如表3所示。
表3实施例和对比例真密度和致密度检验测试结果
Figure BDA0003325760130000082
Figure BDA0003325760130000091
按照TB/T 2344-2012《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》要求，对钢轨轨头下10-15mm进行非金属夹杂物检验。检验结果如表4所示。
表4实施例和对比例钢轨非金属夹杂物评级
Figure BDA0003325760130000092
Figure BDA0003325760130000101
按照TB/T 2344-2012《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》要求，对钢轨轨头进行踏面硬度检验。检验结果如表5所示。
表5实施例和对比例钢轨轨头踏面硬度检验结果
Figure BDA0003325760130000102
Figure BDA0003325760130000111
按照GB/T 6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》，对实施例和对比例进行疲劳裂纹扩展速率检验。结合图3和图4所示，检验结果如表6所示。
表6实施例和对比例疲劳裂纹扩展速率测试结果
Figure BDA0003325760130000112
Figure BDA0003325760130000121
如表6所示，疲劳裂纹扩展速率ΔK＝10MPa·m0.5时，疲劳裂纹扩展速率≤14×10- 6mm/cycle，ΔK＝13.5MPa·m0.5时，疲劳裂纹扩展速率≤45×10-6mm/cycle。
综上所述，本发明所述的中等强度钢轨生产方法，采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯，并将所述钢坯轧制成钢轨，所述钢轨的长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57-78mm2，采用大断面钢坯，可以单次生产75m及以上长度钢轨，生产效率和成材率大幅提高。另外，得到的钢轨硬度350-370HB，磨损量≤0.40，接触疲劳寿命≥50000次，610mm长钢轨轨腰张开度≤3.0mm/400mm。特别适宜年运量介于2000-5000万吨运量的低成本高人工偏僻铁路线路用钢轨。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种中等强度钢轨生产方法，其特征在于，包括：
采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯；
对所述钢坯进行加热；
将所述钢坯轧制成钢轨，所述钢轨的长度≥75cm，单重≤60kg/m，截面面积在57-78mm2。
2.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，
所述钢坯截面面积为1000mm2-1600mm2，所述钢坯的单重为43kg/m-60kg/m。
3.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，所述采用高纯净钢冶炼工艺冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯，包括：
采用包含铬微合金化碳素的钢冶炼浇铸截面面积≥1000mm2的钢坯。
4.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，
所述钢轨的成分包括：0.70-0.90重量％的碳，Si+Mn+Cr≤1.9重量％，≤0.020重量％的磷，≤0.020重量％的硫，以及98.41-96.85重量％的铁。
5.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，所述钢坯轧制成钢轨的成材率为≥95％。
6.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，在将所述钢坯轧制成钢轨之后，还包括：
利用轧制余热温度进行在线热处理工艺。
7.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，
对所述钢坯进行加热的温度为1200-1250℃，均热段保温时间为150-240min。
8.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，
所述钢轨的氧含量≤20ppm；所述钢轨的氮含量≤60ppm；所述钢轨的氢含量≤2ppm。
9.根据权利要求1所述的中等强度钢轨生产方法，其特征在于，所述钢轨致密度≤0.92，真密度≤7.72。
10.一种中等强度钢轨，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的中等强度钢轨生产方法制作而成。
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王代文;: "负偏差生产60kg/m钢轨的实践" *

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