CN116716552A - 一种减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法，属于冶金材料技术领域。本发明提供的减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法通过优化高速钢轨的化学成分百分含量为C 0.65～0.75％；Si 0.35～0.55％；Mn 0.75～0.79％；P≤0.025％；S≤0.006％；Cr 0.08‑0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质，以及控制冶炼工艺参数，能够有效减少高速钢轨焊接接头灰斑面积。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域中的轧态易焊接高速钢轨钢材料制备技术领域，具体涉及一种减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法。
背景技术
目前我国高速铁路钢轨主要以U71MnG、U75VG为主，其中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：如图1所示，为现有U71Mn典型灰斑断口的照片，可见其断口灰斑面积较大(统计面积平均为12.2mm2)，据统计U71Mn断口灰斑是U75V的约3倍，这就会明显降低高速钢轨的焊接性能和其他性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可有效减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法，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6.2-6.8m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，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 0.65～0.75％；Si 0.35～0.55％；Mn0.75～0.79％；P≤0.025％；S≤0.006％；Cr 0.08-0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中，所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量≤0.010％，磷含量≤0.10％。
在一些实施方式中，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。
在一些实施方式中，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℃。
在一些实施方式中，所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间不少于15min，真空脱气后软吹不少于18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。
基于以上技术方案提供的减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法通过有效控制高速钢轨中化学成分(尤其是Mn和Cr)的含量，并结合控制冶炼工艺参数，可以有效降低高速钢轨焊接接头灰斑面积(钢轨断口灰斑平均面积从典型的12.2mm2降低到4.0mm2以下)，进而可有效提升高速钢轨的焊接性能，并且获得的高速钢轨具有良好的综合力学性能，满足：屈服强度≥518MPa，抗拉强度≥928MPa，伸长率≥11.5％，布氏硬度平均值≥270HB。因此，本发明提供的冶炼方法适合大范围推广应用。
附图说明
图1为现有U71Mn典型灰斑断口的照片。
图2为实施例1获得的U71MnCr钢的断口照片。
图3为实施例2获得的U71MnCr钢的断口照片。
图4为对比例1获得的U71MnCr钢的断口照片。
具体实施方式
本发明旨在提供一种减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法，并由此提供一种(易焊接)高速钢轨。
本发明提供的减少高速钢轨焊接接头灰斑面积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≤0.10％；
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，深真空脱气时间不少于15min，真空脱气后软吹不少于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6.2-6.8m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，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 0.65～0.75％；Si 0.35～0.55％；Mn0.75～0.79％；P≤0.025％；S≤0.006％；Cr 0.08-0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质；可选为：C 0.70～0.72％；Si 0.41～0.50％；Mn 0.76～0.79％；P≤0.015％；S≤0.003％；Cr 0.08-0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法通过在冶炼过程中降低Mn的含量，并添加适量的Cr，结合严格控制的冶炼工艺参数，可以有效减少高速钢轨焊接接头灰斑面积。
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 0.65～0.75％；Si 0.35～0.55％；Mn 0.75～0.79％；P≤0.025％；S≤0.006％；Cr 0.08-0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。该高速钢轨的断口灰斑面积较小，断口平均灰斑面积可达4.0mm2以下，因此可进一步提升焊接合格率，同时还具有良好的综合力学性能，满足：屈服强度≥518MPa，抗拉强度≥928MPa，伸长率≥11.5％，布氏硬度平均值≥270HB。
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0.10％；
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6.5m/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和对比例1按照实施例1的操作进行，不同之处在于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。
对实施例1-3和对比例1获得的高速钢轨(U71MnCr)的力学性能进行检验，结果如下表2所示，并对实施例1-3和对比例1获得的高速钢轨(U71MnCr)的断口灰斑面积进行检测，结果如图2-4所示，其中图2和图3分别表示实施例1和实施例2获得的高速钢轨的断口照片，图4表示对比例1获得的高速钢轨的断口照片。
表1：各实施例和对比例的连铸坯的化学成分及含量(％)
表2：各实施例和对比例的钢轨的力学性能
由上表2可以看出，实施例1-3和对比例1生产的高速钢轨均具有良好的力学性能，满足TB/T3276-2011，然而由图2-4可知，实施例1-3生产的高速钢轨(U71MnCr)的断口均未见明显灰斑(每批次统计面积不足4.0mm2)，而对比例1生产的高速钢轨的断口可见明显灰斑，且面积较大(统计面积超过典型的12.2mm2)，因此本发明提供的冶炼方法可明显降低高速钢轨的断口灰斑面积，进而可以有效提升高速钢轨的焊接性能，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 (5)
1.一种减少高速钢轨焊接接头灰斑面积的冶炼方法，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6.2-6.8m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，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 0.65～0.75％；Si 0.35～0.55％；Mn0.75～0.79％；P≤0.025％；S≤0.006％；Cr 0.08-0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的冶炼方法，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≤0.10％。
3.根据权利要求1或2所述的冶炼方法，其中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。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冶炼方法，其中所述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℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的冶炼方法，其中所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间不少于15min，真空脱气后软吹不少于18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。
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