CN115369305A - 一种易焊接高速钢轨的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种易焊接高速钢轨的冶炼方法，属于冶金材料技术领域。本发明提供的易焊接高速钢轨的冶炼方法通过严格控制冶炼过程中的Mn和S的含量，能够保证获得的易焊接高速钢轨具有良好的焊接性能。

Description

一种易焊接高速钢轨的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种易焊接高速钢轨的冶炼方法。
背景技术
钢轨焊接是无缝线路的基础，焊接接头是产生应力的集中区，也是钢轨焊接中的最薄弱部位，焊接质量是保证无缝线路正常运用的关键。国内外普遍采用的钢轨焊接方法有闪光焊、气压焊、铝热焊和电弧焊，据统计闪光焊接头约占我国无缝线路接头总数的90％。我国铁路钢轨的厂焊均采用闪光焊，并要求进行焊后热处理。钢轨焊接接头是线路中的薄弱环节，因此提高钢轨性能的关键之一便是提高焊接接头的性能，保证钢轨焊接的质量，对于铁路的安全运营有重要意义。焊接性较差的钢轨使列车运行速度、运行平稳性及运行安全性降低，损害了列车的运行质量。
目前我国高速铁路钢轨主要以U71MnG、U75VG为主，U71MnG具有高强韧性和抗疲劳性等优点，被广泛应用于我国高速铁路中，但是随着用量的增加，逐渐也发现很多问题：U71Mn可焊性差，不容易焊接，严重影响了U71Mn高速钢轨的使用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种易焊接高速钢轨的冶炼方法，冶炼过程中降低Mn和S元素的含量，降低了钢轨中MnS的存在概率，进而可以降低钢轨焊缝灰斑的发生概率，从而降低影响钢轨焊接性能因素。
在本发明的一个方面提供一种易焊接高速钢轨的冶炼方法，其包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸；其中：
所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量≤0.010％，磷含量≤0.11％；
所述转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量≥0.08％，出钢温度≥1550℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；
所述LF精炼工艺中，根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作，要求精炼就位温度≥1530℃；
所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.60m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证连铸坯质量；
其中所述连铸坯的化学成分按质量百分比包括：C 0.68～0.71；Si 0.39～0.51；Mn 0.80～0.92；P≤0.019；S≤0.006，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明另一方面提供一种易焊接高速钢轨，其由上述的冶炼方法生产的连铸坯经轧制获得。
上述易焊接高速钢轨的焊接落锤合格率达到96％以上、钢轨断口灰斑面积为4.2/mm2以下。
基于以上技术方案提供的易焊接高速钢轨的冶炼方法通过在冶炼过程中降低钢轨中Mn含量，并严格控制S含量来降低钢轨中MnS夹杂物，改善连铸坯质量，以降低钢轨灰斑平均面积，可以提高钢轨的焊接合格率，从92％提高到96％以上，钢轨断口灰斑平均面积从12.2mm2降低到4.3mm2以下，整体提升了钢轨焊接性能，适合于大规模生产，具有良好的推广价值。
附图说明
图1为钢轨断口灰斑位置示意图。
具体实施方式
本发明旨在提供一种易焊接高速钢轨的冶炼方法，并由此提供一种易焊接高速钢轨。
本发明提供的易焊接高速钢轨的冶炼方法包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸；其中：
所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量≤0.010％，磷含量≤0.11％；
所述转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量≥0.08％，出钢温度≥1550℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；
所述LF精炼工艺中，根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作，要求精炼就位温度≥1530℃；
所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.60m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证连铸坯质量；
其中所述连铸坯的化学成分按质量百分比包括：C 0.68～0.71；Si 0.39～0.51；Mn 0.80～0.92；P≤0.019；S≤0.006，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的易焊接高速钢轨的冶炼方法通过在冶炼过程中降低钢轨中Mn含量，并严格控制S含量来降低钢轨中MnS夹杂物，改善连铸坯质量，可以降低钢轨灰斑平均面积，进而提高钢轨焊接性能。钢轨中Mn能够扩大奥氏体相区，但Mn含量较高会对钢轨质量造成不小的影响，Mn元素与S元素很容易结合，生成MnS夹杂物，过多或过长的MnS夹杂会增加钢轨内部产生疲劳源的可能性。Mn含量较高也会造成钢轨钢偏析严重对钢轨质量影响。对影响钢轨焊接质量中的灰斑进行扫描分析，经检验灰斑95％以上都含有O、Si、Mn元素，并且Mn所占比重达到32-55％。因此应降低高速钢轨Mn含量，同时严格控制S含量，可以减少灰斑及MnS夹杂物对焊接性能造成的影响。
基于上述冶炼方法获得的连铸坯经过轨梁厂万能轧机的轧制(连铸坯加热→万能轧机轧制→冷床冷却预弯→矫直)，可提供一种易焊接高速钢轨，其按照质量百分比可包括以下化学成分：C 0.68～0.71；Si 0.39～0.51；Mn 0.80～0.92；P≤0.019；S≤0.006(例如0.003～0.006)，余量为Fe和不可避免的杂质。该易焊接高速钢轨的焊接落锤合格率达到96％以上、钢轨断口灰斑面积较小，断口平均灰斑面积可达4.2/mm2以下。
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，实施例旨在有助于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。
实施例1
依次按照以下工序：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—VD真空脱气—连铸，生产获得易焊接高速钢轨的连铸坯，该连铸坯的化学成分及含量如下表1所示；随后经以下工序生产获得易焊接高速钢轨：连铸坯加热—高压水除鳞—万能轧机轧制—冷床冷却预弯—矫直—探伤—加工—检查入库；其中：
所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量0.010％，磷含量0.11％；
所述转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量0.09，出钢温度≥1560℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；
所述LF精炼工艺中，根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作，要求精炼就位温度1535℃；
所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.60m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证连铸坯质量；连铸坯经过轨梁厂万能轧机轧制后，得到钢轨。
实施例2-3
实施例2-3按照实施例1的操作进行，不同之处在于：1)实施例2-3的连铸坯的化学成分含量与实施例1不同。
对实施例1-3轧制获得的钢轨的非金属夹杂物进行检验，结果如下表2所示；对实施例1-3轧制获得的钢轨采用GAAS80焊机完成固定闪光焊焊接试验，并进行静弯(静弯要求：静弯最大力≥1300KN，1次不断)、落锤性能检验(其中进行落锤性能检验的167支钢轨包括：55支实施例1轧制的钢轨，55支实施例2轧制的钢轨，57支实施例3轧制的钢轨)，以及对钢轨端口灰斑面积进行统计分析，其中图1示出了断口灰斑位置，结果分别如下表3、表4和表5所示。
对比例1
对比例1按照实施例1的操作进行，不同之处仅在于钢轨的化学成分不同，具体如下表1所示。对对比例1轧制获得的钢轨进行落锤性能检验，并对其端口灰斑面积进行统计分析，结果分别如下表4和表5所示。
表1：各实施例和对比例的化学成分及含量(％)
Figure BDA0003812104300000041
表2：实施例1-3生产的钢轨的非金属夹杂物检验结果
Figure BDA0003812104300000042
表3：实施例1-3生产的钢轨的静弯检验结果
Figure BDA0003812104300000043
表4：实施例和对比例生产的钢轨的落锤性能检验结果
Figure BDA0003812104300000051
表5：各实施例和对比例的钢轨的断口灰斑面积
Figure BDA0003812104300000052
由上表2-5记载的结果可以看出，各实施例生产的钢轨均具有良好硬度力学性能，同时静弯性能完全符合标准，相对于对比例1，实施例生产的高速钢轨的焊接落锤合格率较高，从92％提高到96％、钢轨断口灰斑面积较小，断口平均灰斑面积从12.2/mm2降低到4.2/mm2，相对于原来减少了67％，且钢轨金相组织正常未见马氏体等异常组织，焊接性能明显提高，具有良好的推广价值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种易焊接高速钢轨的冶炼方法，其包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸；其中：
所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量≤0.010％，磷含量≤0.11％；
所述转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量≥0.08％，出钢温度≥1550℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；
所述LF精炼工艺中，根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作，要求精炼就位温度≥1530℃；
所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.60m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证连铸坯质量；
其中所述连铸坯的化学成分按质量百分比包括：C 0.68～0.71；Si 0.39～0.51；Mn0.80～0.92；P≤0.019；S≤0.006，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种易焊接高速钢轨，其由权利要求1所述的冶炼方法生产的连铸坯经轧制获得。
3.根据权利要求2所述的易焊接高速钢轨，其焊接落锤合格率达到96％以上、钢轨断口灰斑面积为4.2/mm2以下。
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