CN117210741A - 一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的制造方法，其中低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的化学成分按质量百分比计为：C：0.20～0.25％；Si：0.70～0.80％；Mn：1.80～2.00％；P≤0.022％；S≤0.015％；Cr：0.55～0.65％；Nb：0.01～0.02％；V：0.01～0.02％；Ni：0.05～0.08％；Mo：0.10～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质；提供的制造方法合理设计转炉冶炼、LF炉精炼、VD真空脱气、连铸、钢坯加热、轧制、在线热处理、回火热处理等生产工艺参数，可得到钢轨屈服强度≥1100MPa、抗拉强度≥1300MPa的低合金高强在线热处理贝氏体钢轨。
Description
技术领域
本发明属于钢轨生产及应用领域，具体涉及一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的制造方法。
背景技术
我国铁路正面向高速化、大运量化发展，对于钢轨的强度、耐磨性、韧性和安全性等指标逐步提升。铁路线一般使用U75V和U71Mn作为道岔钢轨，但随着客货混运和货运重载线路的不断发展，对道岔的使用寿命提出了更高的要求，尖轨和辙叉在车轮强大的冲击下，接触应力达到甚至超过1400MPa，接触表面经常出现剥离掉块的显现，是钢轨使用寿命受到很大的影响。采用贝氏体辙叉钢轨在保证高强度的条件下，仍然能保持很高的韧性，极大的延长辙叉钢轨使用寿命，并极大的保证了列车的运行安全性。然而，目前的贝氏体钢轨通常是通过添加较高量的微合金化元素(例如Nb、V、Mo等)制造的，如专利文献CN116555684A公开的钒微合金化高强贝氏体钢轨，会导致这类贝氏体钢轨的生产成本相对较高。
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合金高强在线热处理贝氏体钢轨的制造方法，其包括以下工艺步骤：铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、VD真空脱气、连铸、钢坯加热、轧制、在线热处理、回火热处理；其中：
1)铁水预处理：铁水中的硫含量≤0.011％，磷含量≤0.10％；
2)转炉冶炼：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；
3)LF炉精炼：根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作；
4)VD真空脱气：深真空脱气时间≥16min，真空脱气后软吹≥20min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
5)连铸：连铸过程采用保护浇铸，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0.45～0.55m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，保证铸坯质量；
6)钢坯加热：加热时间≥4小时，加热温度≥1200℃；
7)轧制和在线热处理：开轧温度1200～1250℃，终轧温度920～950℃，钢坯经过13道次轧制，终轧后钢轨进入余热淬火线，以2.5～3.0℃/s的冷速冷却至270～290℃，随后钢轨缓慢冷却至室温；
8)采用240～260℃+23～25小时对钢轨进行回火热处理，钢轨回火热处理后缓慢冷却至室温；
所述低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的化学成分按质量百分比计为：C：0.20～0.25％；Si：0.70～0.80％；Mn：1.80～2.00％；P≤0.022％；S≤0.015％；Cr：0.55～0.65％；Nb：0.01～0.02％；V：0.01～0.02％；Ni：0.05～0.08％；Mo：0.10～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明另一方面提供一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨，其由上述的制造方法制造获得。
在一些实施方式中，所述低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的力学性能满足：屈服强度≥1100MPa、抗拉强度≥1300MPa。
本发明的优点在于：本发明提供一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨，其通过在钢轨成分中添加少量的Nb、V、Mo微合金化元素，并结合控制生产工艺参数，尤其是连铸工艺中的拉速、在线热处理和回火热处理等工艺参数，能够在较低微合金化元素含量(即较低的生产成本)的基础上优化钢轨组织结构，使得得到的钢轨的显微组织包括贝氏体、马氏体和残余奥氏体组织，并使得到的钢轨的力学性能满足：屈服强度≥1100MPa、抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥14％，踏面硬度370～440HBW，优选满足：屈服强度≥1135MPa、抗拉强度≥1330MPa，延伸率≥14％，踏面硬度400～440HBW，可见该钢轨具有高强度和高硬度性能，适用于重载铁路线，小曲线半径、线路条件苛刻、钢轨滚动接触疲劳伤损严重的线路。
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：
该实施例主要按照以下工艺步骤生产化学成分如下所述的特定贝氏体钢轨：C：0.20％；Si：0.75％；Mn：2.00％；P：0.022％；S：0.010％；Cr：0.60％；Ni：0.06％；Mo：0.20％；Nb：0.01％；V：0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质；
1)铁水预处理：铁水中的硫含量0.011％，磷含量0.10％。
2)转炉冶炼：控制出钢C含量0.08％，出钢温度1555℃，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。
3)LF炉精炼：根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作。
4)VD真空脱气：深真空脱气时间16min，真空脱气后软吹20min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。
5)连铸：连铸过程采用保护浇铸，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0.50m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，保证铸坯质量。
6)钢坯加热：加热时间4.5小时，加热温度1200℃。
7)钢坯轧制和在线热处理：开轧温度1205℃，终轧温度950℃，钢坯经过13道次轧制，终轧后钢轨进入余热淬火线，以2.8℃/s的冷速冷却至280℃，随后钢轨缓慢冷却至室温，
8)采用250℃+24小时对钢轨进行回火热处理，钢轨回火热处理后缓慢冷却至室温。
钢轨冷却后检测力学性能，钢轨屈服强度1136MPa、抗拉强度1337MPa，延伸率14％，踏面硬度401HBW，金相组织为贝氏体、马氏体和微量残余奥氏体。
实施例2
该实施例主要按照以下工艺步骤生产化学成分如下所述的特定贝氏体钢轨：C：0.25％；Si：0.79％；Mn：1.90％；P：0.020％；S：0.010％；Cr：0.65％；Ni：0.05％；Mo：0.10％；Nb：0.02％；V：0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质；
1)铁水预处理：铁水中的硫含量0.01％，磷含量0.10％。
2)转炉冶炼：控制出钢C含量0.10％，出钢温度1555℃，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。
3)LF炉精炼：根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作。
4)VD真空脱气：深真空脱气时间20min，真空脱气后软吹25min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。
5)连铸：连铸过程采用保护浇铸，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0.45m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，保证铸坯质量。
6)钢坯加热：加热时间4.5小时，加热温度1200℃。
7)钢坯轧制和在线热处理：开轧温度1245℃，终轧温度920℃，钢坯经过13道次轧制，终轧后钢轨进入余热淬火线，以2.5℃/s的冷速冷却至280℃，随后钢轨缓慢冷却至室温，
8)采用250℃+24小时对钢轨进行回火热处理，钢轨回火热处理后缓慢冷却至室温。
钢轨冷却后检测力学性能，钢轨屈服强度1138MPa、抗拉强度1351MPa，踏面硬度4035HBW，延伸率14.5％，金相组织为贝氏体、马氏体和微量残余奥氏体。
实施例3
该实施例主要按照以下工艺步骤生产化学成分如下所述的特定贝氏体钢轨：C：0.22％；Si：0.72％；Mn：1.81％；P：0.020％；S：0.010％；Cr：0.56％；Ni：0.08％；Mo：0.20％；Nb：0.01％；V：0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质；
1)铁水预处理：铁水中的硫含量0.01％，磷含量0.10％。
2)转炉冶炼：控制出钢C含量0.10％，出钢温度1555℃，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。
3)LF炉精炼：根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作。
4)VD真空脱气：深真空脱气时间20min，真空脱气后软吹25min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。
5)连铸：连铸过程采用保护浇铸，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0.55m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，保证铸坯质量。
6)钢坯加热：加热时间4.5小时，加热温度1200℃。
7)钢坯轧制和在线热处理：开轧温度1205℃，终轧温度950℃，钢坯经过13道次轧制，终轧后钢轨进入余热淬火线，以3.0℃/s的冷速冷却至280℃，随后钢轨缓慢冷却至室温，
8)采用250℃+24小时对钢轨进行回火热处理，钢轨回火热处理后缓慢冷却至室温。
钢轨冷却后检测力学性能，钢轨屈服强度1140MPa、抗拉强度1355MPa，踏面硬度401HBW，延伸率14.5％，金相组织为贝氏体、马氏体和微量残余奥氏体。
通过以上实施例1-3，可知按照本发明方法生产的贝氏体钢轨不仅具有较高的强度和硬度(屈服强度≥1100MPa、抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥14％，踏面硬度370～440HBW，优选满足：屈服强度≥1135MPa、抗拉强度≥1330MPa，延伸率≥14％，踏面硬度400～440HBW)，而且由于添加的微合金化元素的含量较低，因此本发明提供的方法可以明显降低生产成本，对于钢轨生产企业提质增效具有重要的意义。
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 (3)
1.一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的制造方法，其包括以下工艺步骤：铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、VD真空脱气、连铸、钢坯加热、轧制、在线热处理、回火热处理；其中：
1)铁水预处理：铁水中的硫含量≤0.011％，磷含量≤0.10％；
2)转炉冶炼：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；
3)LF炉精炼：根据转炉钢水成分及温度进行脱硫，成分微调及升温操作；
4)VD真空脱气：深真空脱气时间≥16min，真空脱气后软吹≥20min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
5)连铸：连铸过程采用保护浇铸，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0.45～0.55m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，保证铸坯质量；
6)钢坯加热：加热时间≥4小时，加热温度≥1200℃；
7)轧制和在线热处理：开轧温度1200～1250℃，终轧温度920～950℃，钢坯经过13道次轧制，终轧后钢轨进入余热淬火线，以2.5～3.0℃/s的冷速冷却至270～290℃，随后钢轨缓慢冷却至室温；
8)采用240～260℃+23～25小时对钢轨进行回火热处理，钢轨回火热处理后缓慢冷却至室温；
所述低合金高强在线热处理贝氏体钢轨的化学成分按质量百分比计为：C：0.20～0.25％；Si：0.70～0.80％；Mn：1.80～2.00％；P≤0.022％；S≤0.015％；Cr：0.55～0.65％；Nb：0.01～0.02％；V：0.01～0.02％；Ni：0.05～0.08％；Mo：0.10～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.一种低合金高强在线热处理贝氏体钢轨，其由权利要求所述的制造方法制造获得。
3.根据权利要求2所述的低合金高强在线热处理贝氏体钢轨，其力学性能满足：屈服强度≥1100MPa、抗拉强度≥1300MPa。
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