CN115446130A - 一种含re元素的高碳钢轨生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含RE元素的高碳钢轨生产方法，所述钢轨的钢坯材料以质量百分计其化学成分包括：C：0.91～1.0％；Si：0.45～0.6％；Mn：0.85～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％；Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质；其生产方法包括：加热、轧制、空冷和热处理。本发明的目的是提供一种含RE元素的高碳钢轨生产方法，轧制具有高强度，高硬度高质量高速钢轨钢，应用于高速铁路中。

Description

一种含RE元素的高碳钢轨生产方法
技术领域
本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种含RE元素的高碳钢轨生产方法。
背景技术
随着铁路重载、提速的发展，钢轨的负担日益加重。尤其是在小半径曲线上，钢轨的磨耗非常严重。国内外的铺设使用实践表明，在小半经曲线上使用 1200MPa～1300MPa级的全长淬火钢轨，可提高其使用寿命2倍～5倍，具有显著的经济效益。
根据世界各国的经验，提高钢轨性能，增强其强韧性有两个途径：一是合金化，可以大幅度地提高钢轨的强度。二是钢轨全长热处理，是提高钢轨耐磨耗、抗压溃、抗剥离、抗疲劳、耐冲击性能，延长使用寿命，提高线路质量的最有效、最经济的方法。
目前在东南亚、中东、非洲和欧洲等地，越来越多的重载铁路和曲线段采用热处理钢轨。通常国外热轧钢轨和热处理钢轨同时采购，如果钢轨制造厂家无法提供热处理钢轨会导致无法投标。因此利用包钢新建成的钢轨在线热处理生产线开发出高碳稀土在线热处理钢轨，提高钢轨强度和硬度，同时填补了包钢钢轨在1300MPa强度级别以上的空白。
本项目通过开展成分设计及优化、实验室热处理工艺研究、在线热处理工艺研究及调试等工作，确定了含稀土的高碳钢轨在线热处理钢轨生产工艺，通过控制钢轨的冷却过程获得了理想的金相组织和力学性能，保证了百米钢轨全长金相组织和力学性能的均匀性。
同时稀土具有净化钢液，改善铸坯质量，提高耐磨性等作用，而且稀土是包钢特色资源，针对市场需求，开发满足重载铁路要求的钢轨，提升包钢产品国际市场竞争力，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种含RE元素的高碳钢轨生产方法，轧制具有高强度，高硬度高质量高速钢轨钢，应用于高速铁路中。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种含RE元素的高碳钢轨生产方法，所述钢轨的钢坯材料以质量百分计其化学成分包括：C：0.91～1.0％；Si：0.45～0.6％；Mn：0.85～1.0％；P ≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％； Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质；其生产方法包括：加热、轧制、空冷和热处理；其中：
所述加热包括：加热Ⅰ段应控制加热速度，不可快速加热升温，保证加一段加热时长1小时以上；铸坯加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度≤ 800℃，加热一段温度≤1200℃，加热二段温度1100～1300℃，均热段：1100～ 1260℃；钢坯加热温度要均匀，严禁钢坯过热、过烧；连续生产时，应保证每支钢坯在炉内各段加热温度和加热时长；钢坯表面必须经高压水除鳞；
所述轧制包括:铸坯经万能轧机轧制成钢轨，铸坯经万能轧机轧制成钢轨，开轧温度控制在1080～1150℃，终轧温度930～950℃；
所述空冷包括：冷床步距速度，步距从350mm增加到500mm，加大冷却速度，保证冷床区域的环境温度，使其均匀冷却获得均匀组织，保证钢轨母材性能。
所述热处理包括：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至 450℃～550℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温进一步的，钢轨热处理后抗拉强度≥1330MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发发明制备的钢轨热处理后抗拉强度≥1330MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为片间距照片。
具体实施方式
本发明提供一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨生产方法，上述钢轨钢坯材料以质量百分计其化学成分包括：C：0.91～1.0；Si：0.45～0.6；Mn： 0.85～1.0；P≤0.020；S≤0.020；Cr：0.15～0.3；Nb：0.01～0.05；Ni：0.15～0.5； Ce：0.001，余量为Fe。其特征在于，钢轨热处理后抗拉强度≥1330MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。
具体实施方式如下：
1)加热Ⅰ段应控制加热速度，不可快速加热升温，保证加Ⅰ段加热时长1 小时以上。钢坯加热：铸坯加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度≤ 800℃，加热一段温度≤1200℃，加热二段温度1100～1300℃，均热段：1100～ 1260℃。钢坯加热温度要均匀，严禁钢坯过热、过烧。连续生产时，应保证每支钢坯在炉内各段加热温度和加热时长。钢坯表面必须经高压水除鳞。具体实施见表1；
表1高强度、高硬度钢轨加热工艺
预热段 加热1段 加热2段 均热段
加热时间 25min 50min 55min 30min
温度 723℃ 935℃ 1212℃ 1244℃
2)铸坯经万能轧机轧制成钢轨，铸坯经万能轧机轧制成钢轨，开轧温度控制在1080～1150℃，终轧温度930～950℃。
3)冷床步距速度，步距从350mm增加到500mm，加大冷却速度，保证冷床区域的环境温度，使其均匀冷却获得均匀组织，保证钢轨母材性能。
4)钢轨矫直温度不得超过60℃，经矫直后的钢轨应平直，不得有波浪弯，硬弯和明显的扭曲，且只允许辊矫一次。
试制情况，工艺为：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至 450℃～550℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温。钢轨化学成分见表2，性能检验结果见表3。
表2钢轨化学成分
C Si+Mn P S Cr+Nb Ce
实例1 0.95 1.51 0.014 0.004 0.45 0.001
实例2 0.98 1.55 0.009 0.003 0.35 0.002
实例3 0.94 1.62 0.012 0.004 0.31 0.002
表3试制钢轨性能
Figure BDA0003783880850000041
Figure BDA0003783880850000051
试验轨的抗拉强度和伸长率分别在1330MPa和9％以上，达到目标值，踏面硬度达到390HB的目标。从试验钢轨头取样进行片间距测量，片间距为0.27μm。如图1。
为增加钢轨耐磨性及硬度，再生产过程中加入稀土元素，分析稀土在钢轨中的含量，取样进行了稀土电解夹杂检验，试样为φ8×100mm的柱状样，得出夹杂中稀土Ce含量为0.0010％，钢中检出Ce含量平均为0.00128％。主要富集在非金属夹杂物上，基体上分布的比较少。
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 (2)

1.一种含RE元素的高碳钢轨生产方法，其特征在于：所述钢轨的钢坯材料以质量百分计其化学成分包括：C：0.91～1.0％；Si：0.45～0.6％；Mn：0.85～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％；Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质；其生产方法包括：加热、轧制、空冷和热处理；其中：
所述加热包括：加热Ⅰ段应控制加热速度，不可快速加热升温，保证加一段加热时长1小时以上；铸坯加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度≤800℃，加热一段温度≤1200℃，加热二段温度1100～1300℃，均热段：1100～1260℃；钢坯加热温度要均匀，严禁钢坯过热、过烧；连续生产时，应保证每支钢坯在炉内各段加热温度和加热时长；钢坯表面必须经高压水除鳞；
所述轧制包括:铸坯经万能轧机轧制成钢轨，铸坯经万能轧机轧制成钢轨，开轧温度控制在1080～1150℃，终轧温度930～950℃；
所述空冷包括：冷床步距速度，步距从350mm增加到500mm，加大冷却速度，保证冷床区域的环境温度，使其均匀冷却获得均匀组织，保证钢轨母材性能。
所述热处理包括：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至450℃～550℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的含RE元素的高碳钢轨生产方法，其特征在于：钢轨热处理后抗拉强度≥1330MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。
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