CN115555399A - 一种易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法，属于冶金材料技术领域。本发明提供的易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法通过在轧制工艺中采用较大的冷床步距，能够保证获得的高速钢轨具有良好的焊接性能，高速钢轨焊接落锤合格率明显提高，断口平均灰斑面积显著降低。

Description

一种易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法
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U71Mn高速钢轨的轧制方法。
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，例如：U71Mn钢轨中由于Mn元素较高，母材中存在MnS夹杂物较多，钢轨在承受载荷时夹杂物周围会产生应力集中，当超过临近应力峰值就会产生裂纹；U71Mn钢轨相对于U75V焊接接头出现灰斑、落锤实验不合格频次较多，降低了焊接接头力学性能；当灰斑出现在轨底角边缘时，焊缝强度和韧性会大幅降低，钢轨在交变应力作用下易发生疲劳断裂；因此，严重影响到U71Mn高速轨的焊接质量，并且易产生偏析。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法，其通过在轧制工艺中采用较大的冷床步距，能够保证获得的易焊接高速钢轨具有良好的焊接性能。
在本发明的一个方面提供一种易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法，其包括以下工艺：连铸坯加热—万能轧机轧制—冷床冷却预弯—矫直；其中：
所述连铸坯加热工艺中，加热时间总计≥3小时，均热温度为1120～1280℃，加热II段温度为1220～1290℃，加热I段温度为≤1200℃，预热段温度为≤800℃；
所述万能轧机轧制工艺中，开轧温度控制在1020℃～1120℃，终轧温度≤915℃；
所述冷床冷却预弯工艺中，冷床步距从350mm增加到500mm；
所述矫直工艺中，矫直温度不得超过60℃；
所述连铸坯按照质量百分比包括以下化学成分：C 0.65～0.73；Si 0.35～0.55；Mn 0.80～0.90；P≤0.020；S≤0.006，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述轧制方法中，所述连铸坯按照质量百分比包括以下化学成分：C 0.67～0.70；Si 0.37～0.45；Mn 0.85～0.88；P≤0.014；S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明另一方面提供一种易焊接U71Mn高速钢轨，其由上述的轧制方法轧制获得。
上述易焊接U71Mn高速钢轨的焊接落锤合格率达到97％以上、钢轨断口灰斑面积为4.16/mm2以下。
基于以上技术方案提供的易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法通过在轧制工艺中采用较大的冷床步距，能够保证获得的高速钢轨在具有良好的强度、硬度等力学性能等的同时具有良好的焊接性能，使得高速钢轨的焊接落锤合格率从92％提高到97％以上，且钢轨断口灰斑面积较小，断口平均灰斑面积从13.35/mm2降低到4.16/mm2以下，整体提升了高速钢轨(例如U71Mn)的焊接性能，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U71Mn高速钢轨的轧制方法，并由此提供一种易焊接U71Mn高速钢轨。
本发明提供的易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法包括以下工艺：连铸坯加热—万能轧机轧制—冷床冷却预弯—矫直；其中：
所述连铸坯加热工艺中，加热时间总计≥3小时，均热温度为1120～1280℃，加热II段温度为1220～1290℃，加热I段温度为≤1200℃，预热段温度为≤800℃；
所述万能轧机轧制工艺中，开轧温度控制在1020℃～1120℃，终轧温度≤915℃；
所述冷床冷却预弯工艺中，冷床步距从350mm增加到500mm；
所述矫直工艺中，矫直温度不得超过60℃；
所述连铸坯按照质量百分比包括以下化学成分：C 0.65～0.73；Si 0.35～0.55；Mn 0.80～0.90；P≤0.020；S≤0.006，其余为Fe和不可避免的杂质。连铸坯可以按照传统U71Mn钢轨的生产工艺获得，其包括：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸。
基于上述轧制方法可获得一种易焊接U71Mn高速钢轨，其按照质量百分比可包括以下化学成分：C 0.65～0.73；Si 0.35～0.55；Mn 0.80～0.90；P≤0.020；S≤0.006，余量为Fe和不可避免的杂质；优选可包括以下化学成分：C 0.67～0.70；Si 0.37～0.45；Mn0.85～0.88；P≤0.014；S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。该易焊接U71Mn高速钢轨的焊接落锤合格率达到97％以上、钢轨断口灰斑面积较小，断口平均灰斑面积可达4.16/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(其中转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氢；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min，过热度△T≤30℃)，生产获得U71Mn钢轨的连铸坯，该连铸坯的化学成分及含量如下表1所示。
按照以下工艺对生产的连铸坯进行轧制处理，得到U71Mn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：
所述连铸坯加热工艺中，加热时间总计≥3小时，均热温度为1120～1280℃，加热II段温度为1220～1290℃，加热I段温度为≤1200℃，预热段温度为≤800℃；
所述万能轧机轧制工艺中，开轧温度控制在1120℃，终轧温度915℃；
所述冷床冷却预弯工艺中，冷床步距500mm；
所述矫直工艺中，矫直温度不得超过60℃。
对轧制获得的U71Mn钢轨进行力学性能检测，结果如下表2所示。
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，具体如下表1所示；2)万能轧机轧制工艺中的开轧温度和终轧温度不同，具体地：实施例2中的开轧温度控制在1060℃，终轧温度900℃；实施例3中的开轧温度控制在1000℃，终轧温度885℃。对实施例2-3轧制获得的U71Mn钢轨进行力学性能检测，结果如下表2所示。
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3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467支钢轨包括：155支实施例1轧制的钢轨，155支实施例2轧制的钢轨，157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4、表5和表6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：对比例1的冷床冷却预弯工艺中，冷床步距350mm。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5和表6所示。
表1：各实施例和对比例的化学成分及含量(％)
Figure BDA0003902851950000041
表2：实施例1-3轧制获得的钢轨的力学性能
Figure BDA0003902851950000042
表3：实施例1-3生产的钢轨的非金属夹杂物检验结果
Figure BDA0003902851950000043
表4：实施例1-3生产的钢轨的静弯检验结果
Figure BDA0003902851950000044
表5：实施例和对比例生产的钢轨的落锤性能检验结果
Figure BDA0003902851950000045
表6：各实施例和对比例的钢轨的断口灰斑面积
Figure BDA0003902851950000046
Figure BDA0003902851950000051
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强度、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97％以上，且钢轨断口灰斑面积较小，断口平均灰斑面积从13.35/mm2降低到4.16/mm2，相对于原来减少了约69％，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 (4)

1.一种易焊接U71Mn高速钢轨的轧制方法，其包括以下工艺：连铸坯加热—万能轧机轧制—冷床冷却预弯—矫直；其中：
所述连铸坯加热工艺中，加热时间总计≥3小时，均热温度为1120～1280℃，加热II段温度为1220～1290℃，加热I段温度为≤1200℃，预热段温度为≤800℃；
所述万能轧机轧制工艺中，开轧温度控制在1020℃～1120℃，终轧温度≤915℃；
所述冷床冷却预弯工艺中，冷床步距从350mm增加到500mm；
所述矫直工艺中，矫直温度不得超过60℃；
所述连铸坯按照质量百分比包括以下化学成分：C 0.65～0.73；Si 0.35～0.55；Mn0.80～0.90；P≤0.020；S≤0.006，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的轧制方法，其中所述连铸坯按照质量百分比包括以下化学成分：C 0.67～0.70；Si 0.37～0.45；Mn 0.85～0.88；P≤0.014；S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.一种易焊接U71Mn高速钢轨，其由权利要求1或2所述的轧制方法轧制获得。
4.根据权利要求3所述的易焊接U71Mn高速钢轨，其焊接落锤合格率达到97％以上、钢轨断口灰斑面积为4.16/mm2以下。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117051329A (zh) * 2023-07-24 2023-11-14 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种焊接质量好的U71MnCr钢轨及其冶炼方法

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