CN115466904A - 一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法 - Google Patents

一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，包括：炼钢生产工艺和钢轨轧制工艺，钢轨轧制工艺包括在线余热淬火；在线余热淬火的冷却介质为纯风介质，钢轨开始余热热处理温度为720℃～800℃，在线热处理140～160s后出热处理生产线，在线第一阶段对钢轨轨头顶面、两侧、及轨距角下颚、轨底处冷却；实际冷却段冷却速度2℃/s～4℃/s，冷却时长60s～80s；第二阶段弱冷，对钢轨顶面、轨头两侧、轨距角下颚、轨底冷却，冷速≤1.5℃/s，冷却后出口轨头温度为450℃～550℃，后自然空冷至室温。本发明的目的是制备具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨耐蚀钢轨，使其可应用高寒地区环境中。

Description

一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法
技术领域
本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法。
背景技术
我国西南、西北地区属于环境复杂、地理位置多层的地形。修建铁路面临低温、海拔落差等难点。相对应，钢轨服役面临低温、长隧道腐蚀等环境。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。长期隧道内潮湿会对钢轨表面发生锈蚀，也影响钢轨运行的安全性。目前国内外有关研究钢轨低温性能的已公开发表的相关文献较少，重点关注于高抗拉强度、高踏面硬度钢轨的研发和线路铺设应用，耐蚀方面钢轨已在线路使用，相比较钢中主要加入高的耐蚀合金元素，产品相对应低温韧性和耐磨性未有显著提高。因此，面向西北、西南低温长隧道等环境，开发耐低温、耐磨耐腐蚀钢轨具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，冶炼具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨耐蚀钢轨，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：
本发明一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，包括：
炼钢生产工艺为：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℃，稀土合金在VD工位加入；
钢轨轧制工艺为：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1150℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度910～940℃；
在线余热淬火的冷却介质为纯风介质，钢轨开始余热热处理温度为720℃～ 800℃，在线热处理140～160s后出热处理生产线，在线第一阶段对钢轨轨头顶面、两侧、及轨距角下颚、轨底处冷却；实际冷却段冷却速度2℃/s～4℃/s，冷却时长60s～80s；保证钢轨最终组织为少量的铁素体+珠光体组织；第二阶段弱冷，对钢轨顶面、轨头两侧、轨距角下颚、轨底冷却，冷速≤1.5℃/s，冷却后出口轨头温度为450℃～550℃，后自然空冷至室温。
进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.50～0.68％；Si 0.30～0.65％；Mn 0.55～1.05％；P≤0.025％；S≤0.025％；Cr 0.10～0.45％；Cu 0.15～0.40％；V 0.02～0.08％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.63％；Si 0.40％；Mn 0.85％；P 0.013％；S 0.007％；Cr 0.12％；Cu 0.17％；V 0.03％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.60％；Si 0.34％；Mn 0.95％；P 0.011％；S 0.003％；Cr 0.13％；Cu 0.26％；V 0.04％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.56％；Si 0.30％；Mn 0.93％；P 0.019％；S 0.003％；Cr 0.11％；Cu 0.29％；V 0.03％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
该材料中所添加的主要合金元素Si、Mn，目的是提高钢轨强度能力和相变转变温度适宜热处理线。该钢材中C成分设计，与Fe有较大的固溶度，具有固溶强化作用，提高钢材的强度和硬度，本发明考虑韧性、耐蚀性，结合热处理工艺，采用中低C思路。Mn扩大奥氏体相区，增加钢的过冷奥氏体的稳定性，显著提高钢的淬透性。Si降低奥氏体到铁素体转变速度，提高钢的强度、弹性和抗回火稳定性，同时考虑到钢轨焊接性，Si含量不宜过高，因为Si传热性差，不利于钢轨焊接；此外，加入Cr、V为细化钢轨晶粒，提高材料强韧性和淬透性。加入微量Cu元素主要提高材料耐蚀性。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明利用在线余热热处理工艺提高钢轨强度、硬度，同时合理设计成分和钢轨中加入最优的Cu、Cr、V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、耐蚀、冲击韧性等性能。用其生产的热处理钢轨，具有很好的抗拉强度、踏面硬度和冲击功。本发明的耐低温耐磨耐蚀热处理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。
表1各实例成分(质量百分数/％)
Figure BDA0003791324490000041
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1150℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度910～940℃。
在线余热淬火冷却介质为高压风。钢轨开始余热热处理温度为720℃～ 800℃，在线热处理140～160s后出热处理生产线，在线第一阶段对钢轨轨头顶面、两侧、及轨距角下颚、轨底处冷却。实际冷却段冷却速度2℃/s～4℃/s，冷却时长60s～80s。保证钢轨最终组织为少量的铁素体+珠光体组织。第二阶段弱冷，对钢轨顶面、轨头两侧、轨距角下颚、轨底冷却，冷速≤1.5℃/s，冷却后出口轨头温度为450℃～550℃，后自然空冷至室温。
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。耐蚀性与生产的U71MnH钢轨进行盐雾腐蚀实验对比；实验结果如表2 所示。
表2各实例力学性能
Figure BDA0003791324490000051
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)

1.一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，其特征在于，包括：
炼钢生产工艺为：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℃，稀土合金在VD工位加入；
钢轨轧制工艺为：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1150℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度910～940℃；
在线余热淬火的冷却介质为纯风介质，钢轨开始余热热处理温度为720℃～800℃，在线热处理140～160s后出热处理生产线，在线第一阶段对钢轨轨头顶面、两侧、及轨距角下颚、轨底处冷却；实际冷却段冷却速度2℃/s～4℃/s，冷却时长60s～80s；第二阶段弱冷，对钢轨顶面、轨头两侧、轨距角下颚、轨底冷却，冷速≤1.5℃/s，冷却后出口轨头温度为450℃～550℃，后自然空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，其特征在于，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.50～0.68％；Si 0.30～0.65％；Mn 0.55～1.05％；P≤0.025％；S≤0.025％；Cr 0.10～0.45％；Cu 0.15～0.40％；V 0.02～0.08％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
3.根据权利要求2所述的低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，其特征在于，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.63％；Si 0.40％；Mn 0.85％；P 0.013％；S 0.007％；Cr0.12％；Cu 0.17％；V 0.03％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
4.根据权利要求2所述的低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，其特征在于，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.60％；Si 0.34％；Mn 0.95％；P 0.011％；S 0.003％；Cr0.13％；Cu 0.26％；V 0.04％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
5.根据权利要求2所述的低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，其特征在于，所述钢轨的质量百分的化学成分为：C 0.56％；Si 0.30％；Mn 0.93％；P 0.019％；S 0.003％；Cr0.11％；Cu 0.29％；V 0.03％；其余为Fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
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