CN114635072A - 一种高寒地区耐低温钢轨生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高寒地区耐低温钢轨生产方法，包括：1)转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥18min，过热度ΔT≤30℃；2)轧制工艺为：方坯→锯切→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线余热淬火→锯切→冷却→切头尾→矫直→检查→包装→过磅→入库；其中方坯加热预热段温度不大于900℃；加热时长不小于3小时15分钟；出炉温度为不低于1180℃，开轧温度≥1080℃，终轧温度910～940℃。本发明的目的是提供一种高寒地区耐低温钢轨生产方法，冶炼具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨性能钢轨，使其可应用高寒地区环境中。
Description
技术领域
本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种高寒地区耐低温钢轨生产方法。
背景技术
截至2016年底中国铁路营运里程达12.1万公里，如此高速度增长，钢轨服役工况环境必然会更加复杂。其中，我国大部分地区冬季寒冷漫长，部分地区冬季气温有时低于-40℃。钢轨长时间在低温环境下服役可能会出现脆断问题，直接影响铁路运输的安全。这就需要研究并设法提升钢轨低温力学性能指标。低温脆断是高寒地区铁路用钢轨重点关注和防止出现的安全问题。同时高原低温区域环境下，日常钢轨维护和观测也相对存在困难。钢轨的焊接、耐磨性也是高寒地区要求重要性能。研究表明，碳含量是影响金属材料强韧性、焊接性重要的元素。因此，项目主要针对该情况进行新型耐低温珠光体钢轨研发，从成分设计、工艺设计到稳定生产和应用，以形成高寒地区耐低温珠光体型钢轨的成套集成技术。首先，通过实验室仿真模拟计算与实际试验相结合手段，获得耐低温珠光体型钢轨钢的关键相变温度和铁素体、珠光体转变特征，形成钢轨钢的成分-工艺-组织调控机理及关键技术参数。再结合冶炼洁净化、组织片间距细化等大生产控制集成技术，批量化稳定生产出具有耐低温性能钢轨。然后，通过钢轨的线路服役跟踪等，系统研究使用过程中钢轨焊接工艺、服役中硬度变化以及磨耗变化等应用基础理论问题，结合实际服役状态，通过成分模拟和工艺等优化工作达到耐低温钢轨使用安全性目标。进而以相关研发工作为基础，形成供青藏高原耐低温珠光体型钢轨生产技术规范，成为世界最高海拔、低温区域应用最优成果。
发明内容
本发明的目的是提供一种高寒地区耐低温钢轨生产方法，冶炼具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨性能钢轨，使其可应用高寒地区环境中。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种高寒地区耐低温钢轨生产方法，包括：
1)铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸；其中转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥18min，过热度ΔT≤30℃；
2)轧制工艺为：方坯→锯切→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线余热淬火→锯切→冷却→切头尾→矫直→检查→包装→过磅→入库；其中方坯加热预热段温度不大于900℃；加热时长不小于3小时15分钟；出炉温度为不低于1180℃，开轧温度≥1080℃，终轧温度910～940℃。
进一步的，所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.67-0.69％，Si0.36-0.39％，Mn 0.97-1.13％，P≤0.015％，S≤0.010％,其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.68％，Si0.36％，Mn 1.1％，P 0.012％，S 0.008％,其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.67％，Si0.38％，Mn 0.97％，P 0.010％，S 0.005％,其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.69％，Si0.39％，Mn 1.13％，P 0.013％，S 0.004％,其余为Fe及不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明利用调整C元素的含量提高钢轨强度、硬度，同时合理设计成分和钢轨中加入最优的Si、Mn合金元素，在此轧制工艺下能提高钢轨的抗拉强度、伸长率、踏面硬度、耐磨、冲击韧性等性能。用其生产的钢轨，不仅节约了热处理工艺时间，还降低成本，同时具有很好的抗拉强度、踏面硬度和冲击功。本发明的高原高寒地区耐低温钢轨具有独特的生产工艺，生产效率高、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。
具体实施方式
钢材的冶炼生产工艺为：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸。转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥18min，过热度ΔT≤30℃。各实例化学成分如表1所示。
利用现有转炉生产工艺(转炉-LF-VD-连铸)，解决高碳耐磨钢要求韧性的高洁净度冶炼控制技术难题，通过冶炼工艺窄成分控制技术、低[P]钢冶炼控制技术、低[H]含量控制技术等实现铸坯的高洁净度，基本实现[H]+[O]+[N]+[S]+[P]≤250ppm。
表1各实例成分(质量百分数/％)
轧制工艺为：方坯→锯切→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线余热淬火→锯切→冷却→切头尾→矫直→检查→包装→过磅→入库。其方坯加热预热段温度不大于900℃；加热时长不小于3小时15分钟。出炉温度为不低于1180℃，开轧温度≥1080℃，终轧温度910～940℃。
通过研究轧制、相变控制和温度、组织、相变间的相互关系，实现了耐低温钢轨高韧性的组织精细控制，形成钢轨产品性能全流程稳定控制技术。
轧制后钢材试样性能：其中拉伸试样规格为，直径d0＝10mm，标距Lo＝5do。踏面硬度在钢轨上随机取样，试样长度250mm，轨头顶面磨去0.5mm，测试点5个，进行布氏硬度测试，计算平均值，试验温度为20℃土5℃，以上试样取样方法和位置及尺寸按照TB/T2344-2012标准。冲击取样按照GB/T229-2007，取样位置在踏面中心，方向为纵向，尺寸为10mm×10mm×50mm，为AKU2型缺口。实验结果如表2所示。
表2各实例力学性能
从表2可以看出，各实例具有良好强度、韧性及力学性能，用其生产的钢轨具有很好的耐磨性、低温韧性。低温韧性和生产成本，明显优于国内外同等级珠光体钢轨。耐低温钢轨产品主要为C-Mn-Si系成分体系(C为0.65～0.70wt％，Si为0.30～0.40wt％，Mn为1.10～1.2wt％)。成品钢轨低温性能优良：延伸率≥12％，室温冲击功大于12J，相比普轨提高12％；-40℃冲击功≥8J，相比普轨提高10％；标准(-20℃)断裂韧性大于35MPa·m-1/2，高于标准要求的29MPa·m-1/2，且-40℃断裂韧性大于32MPa·m-1/2。
各项性能都优于目前高寒地区铺设的U71Mn钢轨，该产品可替代低温环境条件下铁路铺设的U71Mn钢轨。
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 (5)
1.一种高寒地区耐低温钢轨生产方法，其特征在于：包括：
1)铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸；其中转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥18min，过热度ΔT≤30℃；
2)轧制工艺为：方坯→锯切→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线余热淬火→锯切→冷却→切头尾→矫直→检查→包装→过磅→入库；其中方坯加热预热段温度不大于900℃；加热时长不小于3小时15分钟；出炉温度为不低于1180℃，开轧温度≥1080℃，终轧温度910～940℃。
2.根据权利要求1所述的高寒地区耐低温钢轨生产方法，其特征在于：所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.67-0.69％，Si 0.36-0.39％，Mn 0.97-1.13％，P≤0.015％，S≤0.010％,其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的高寒地区耐低温钢轨生产方法，其特征在于：所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.68％，Si 0.36％，Mn 1.1％，P 0.012％，S 0.008％,其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的高寒地区耐低温钢轨生产方法，其特征在于：所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.67％，Si 0.38％，Mn 0.97％，P 0.010％，S0.005％,其余为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的高寒地区耐低温钢轨生产方法，其特征在于：所述钢轨的化学成分按照质量百分含量计算包括：C 0.69％，Si 0.39％，Mn 1.13％，P 0.013％，S0.004％,其余为Fe及不可避免的杂质。
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| CN115058642A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-16 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种耐低温钢轨冶炼生产方法 |
| CN115449605A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-09 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种提高珠光体钢轨低温韧性的回火工艺 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220617 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |