CN116590609A - 一种低成本热处理钢轨及其生产方法 - Google Patents

一种低成本热处理钢轨及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低成本热处理钢轨及其生产方法，其中低成本热处理钢轨的化学成分按质量百分比计为：C 0.70～0.81％；Si 0.50～0.70％；Mn 0.80～1.00％；V 0.04～0.12％；P≤0.02％；S≤0.015％；其余为Fe及不可避免夹杂；力学性能满足：抗拉强度≥1250MPa，伸长率≥12％，布氏硬度平均值≥350HB，按照TB/T2344‑2012标准测量的横断面硬度第1点平均值≥36.0HRC，横断面硬度最后一点平均值≥35.0HRC，具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨性能。

Description

一种低成本热处理钢轨及其生产方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种低成本热处理钢轨及其生产方法。
背景技术
随着经济的发展，交通运输线路不断增加，使得铁路线路中钢轨需求也不断增大。用于铁路运输的钢轨要具有良好的强度、韧性、横截面硬度及耐磨耐腐蚀等力学性能。目前，用于铁路交通中的钢轨材料，基本上是TB/T2344-2012标准中各类钢轨，在标准基础上对微量V、Cr等元素的含量进行有效的控制。此外，根据钢轨发展要求，采用在线余热淬火、离线回火等热处理方法提高钢轨的综合性能。热处理生产装备冷却能力对钢轨生产性能提高具有重要的影响，冷却能力强，可充分发挥材料的特性，可最大化提高钢轨强韧性，也可合理设计成分，降低V、Cr等合金元素的加入量。所以，充分发挥热处理冷却设备能力，开展低成本、综合性能优异的钢轨具有非常重要的生产和经济意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明一个方面提供一种低成本热处理钢轨，其化学成分按质量百分比计为：C 0.70～0.81％；Si 0.50～0.70％；Mn 0.80～1.00％；V 0.04～0.12％；P≤0.02％；S≤0.015％；其余为Fe及不可避免夹杂；该钢轨中所添加的适量主要合金元素V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；适量的Mn可扩大奥氏体相区，增加钢的过冷奥氏体的稳定性，显著提高钢的淬透性；适量的Si可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；所述低成本热处理钢轨的力学性能满足：抗拉强度≥1250MPa，伸长率≥12％，布氏硬度平均值≥350HB，按照TB/T2344-2012标准测量的横断面硬度第1点平均值≥36.0HRC，横断面硬度最后一点平均值≥35.0HRC。
在一些实施方式中，所述低成本热处理钢轨的化学成分按质量百分比计为：C0.77～0.78％；Si 0.58～0.62％；Mn 0.90～0.98％；V 0.042～0.048％；P≤0.014％；S≤0.008％；其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述低成本热处理钢轨的力学性能满足：抗拉强度≥1258MPa，伸长率≥12％，布氏硬度平均值≥357HB，按照TB/T2344-2012标准测量的横断面硬度第1点平均值≥36.0HRC，横断面硬度最后一点平均值≥35.1HRC。
本发明另一方面提供一种低成本热处理钢轨的生产方法，其包括以下工艺：炼钢和轧制；
在所述炼钢工艺中包括以下步骤：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸；其中转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰、锰铁和铬铁合金脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min，过冷度ΔT≤30℃；
在所述轧制工艺中包括以下步骤：方坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线热处理→冷却→矫直；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，出炉温度为不低于1150℃；开轧温度≥1180℃，终轧温度900～940℃；在线开始冷却温度750℃～810℃，快速冷却至560～630℃，随后降低冷却强度使钢轨温度维持在540～580℃一段时间后再继续冷却后出热处理生产线，在线热处理总时间110～140s，钢轨出热处理线温度440～500℃。
在一些实施方式中，在所述在线热处理步骤中，冷却介质为自然空气和雾混合介质，钢轨开始冷却温度为750℃～810℃，第一阶段钢轨轨头实际冷却速度1.9℃/s～4.5℃/s，冷却至钢轨轨头温度560℃～630℃进入第二阶段；第二阶段钢轨轨头实际冷却速度1.5℃/s～2.4℃/s，冷却时间30s～50s；第三阶段钢轨轨头实际冷却速度0.8℃/s～1.6℃/s，冷却至440℃～500℃后出热处理生产线。
本发明的优点在于：本发明生产得到一种低成本热处理钢轨，其通过优化钢轨的化学成分及其含量，在化学成分中主要添加合金元素V与Fe，而不添加Cr，并优化调整生产工艺参数，包括各段冷却参数，提高和控制各段冷却速度和温度，细化钢轨内部微观组织，提高钢轨强度、硬度的同时保证钢轨通长尺寸性，进一步提高钢轨韧性。因此，本发明能够有效节约成本，且可获得具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨性能钢轨，使其可应用到高强、高硬、地面工况复杂等环境中。
具体实施方式
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：低成本热处理钢轨
该实施例主要按照以下工艺步骤生产低成本热处理钢轨：炼钢工艺(铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸)和轧制工艺(方坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线热处理→冷却→矫直)；其中具体为：
炼钢工艺：转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰、锰铁和铬铁合金脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min，过冷度ΔT≤30℃；连铸步骤获得的方坯的化学成分及含量如下表1所示。
轧制工艺：方坯加热预热段温度不大于900℃；加热时长不小于3小时；出炉温度为不低于1150℃，开轧温度≥1180℃，终轧温度900～940℃；在线热处理开始冷却温度750℃～810℃，快速冷却至560～630℃，随后降低冷却强度使钢轨温度维持在540～580℃一段时间后再继续冷却后出热处理生产线，在线热处理总时间110～140s，钢轨出热处理线温度440～500℃。在该轧制工艺中，在线热处理步骤中的具体工艺参数为：冷却介质为自然空气和雾混合介质，钢轨开始冷却温度为750℃～810℃，第一阶段钢轨轨头实际冷却速度1.9℃/s～4.5℃/s，冷却至钢轨轨头温度560℃～630℃进入第二阶段；第二阶段钢轨轨头实际冷却速度1.5℃/s～2.4℃/s，冷却时间30s～50s；第三阶段钢轨轨头实际冷却速度0.8℃/s～1.6℃/s，冷却至440℃～500℃后出热处理生产线。轧制工艺的主要工艺参数如下表2和表3所示。
实施例2-3和对比例1-2均按照实施例1的操作进行，不同之处仅在于化学成分含量或生产工艺参数不同，具体如下表1-3所示。
对实施例1-3和对比例1-2生产的钢轨试样的力学性能进行检测，其中拉伸试样规格为，直径d0＝10mm，标距Lo＝5do；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℃，以上试样性能取样方法和位置及横断面硬度按照TB/T2344-2012标准。力学性能的检测结果如下表4所示。
表1：实施例1-3和对比例1-2的钢轨化学成分及其含量(质量百分数/％)
表2：实施例1-3和对比例1-2的轧制工艺主要参数
表3：实施例1-3和对比例1-2的轧制工艺中在线热处理主要参数
表4：实施例1-3和对比例1-2的钢轨的力学性能
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)

1.一种低成本热处理钢轨，其特征在于，所述低成本热处理钢轨的化学成分按质量百分比计为：C 0.70～0.81％；Si 0.50～0.70％；Mn 0.80～1.00％；V 0.04～0.12％；P≤0.02％；S≤0.015％；其余为Fe及不可避免夹杂；
所述低成本热处理钢轨的力学性能满足：抗拉强度≥1250MPa，伸长率≥12％，布氏硬度平均值≥350HB，按照TB/T2344-2012标准测量的横断面硬度第1点平均值≥36.0HRC，横断面硬度最后一点平均值≥35.0HRC。
2.根据权利要求1所述的低成本热处理钢轨，其特征在于，所述低成本热处理钢轨的化学成分按质量百分比计为：C 0.77～0.78％；Si 0.58～0.62％；Mn 0.90～0.98％；V 0.042～0.048％；P≤0.014％；S≤0.008％；其余为Fe及不可避免夹杂；
所述低成本热处理钢轨的力学性能满足：抗拉强度≥1258MPa，伸长率≥12％，布氏硬度平均值≥357HB，按照TB/T2344-2012标准测量的横断面硬度第1点平均值≥36.0HRC，横断面硬度最后一点平均值≥35.1HRC。
3.一种根据权利要求1或2所述的低成本热处理钢轨的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工艺：炼钢和轧制；
在所述炼钢工艺中包括以下步骤：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸；其中转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰、锰铁和铬铁合金脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min，过冷度ΔT≤30℃；
在所述轧制工艺中包括以下步骤：方坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→CCS万能轧机连轧→在线热处理→冷却→矫直；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，出炉温度为不低于1150℃；开轧温度≥1180℃，终轧温度900～940℃；在线开始冷却温度750℃～810℃，快速冷却至560～630℃，随后降低冷却强度使钢轨温度维持在540～580℃一段时间后再继续冷却后出热处理生产线，在线热处理总时间110～140s，钢轨出热处理线温度440～500℃。
4.根据权利要求3所述的生产方法，在所述在线热处理步骤中，冷却介质为自然空气和雾混合介质，钢轨开始冷却温度为750℃～810℃，第一阶段钢轨轨头实际冷却速度1.9℃/s～4.5℃/s，冷却至钢轨轨头温度560℃～630℃进入第二阶段；第二阶段钢轨轨头实际冷却速度1.5℃/s～2.4℃/s，冷却时间30s～50s；第三阶段钢轨轨头实际冷却速度0.8℃/s～1.6℃/s，冷却至440℃～500℃后出热处理生产线。
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