CN117327889A - 一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，包括钢轨轧制工艺、在线热处理工艺；所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.50‑0.70％；Si 0.30‑0.70％；Mn 0.45‑0.90％；P≤0.025％；S≤0.025％；Cr 0.15‑0.45％；V 0.02‑0.10％；RE 0.0005‑0.002％；其余为Fe及杂质。本发明的目的是提供一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，制备具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨钢轨，使其可应用高寒地区环境中。
Description
技术领域
本发明涉及一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺。
背景技术
我国西北铁路海拔高，尤其青藏铁路平均海拔在4000米以上，冬季寒冷和漫长，对于高碳钢轨钢来说，除了满足基本强度和硬度外，还需要具有优异的低温性能。随着川藏铁路的建设规划，未来高海拔铁路用钢轨的研发和生产必须考虑低温韧性。
针对未来国家低温环境，合理设计钢轨材料，降低碳含量提高材料韧性和可焊接性。加入Cr、V、RE等微量合金，细化晶粒，并采用工业热处理工艺，同时提高钢轨强韧性，满足服役要求的硬度性能。同时生产严格控制S、P和气体夹杂，提高钢的纯净度，对材料的韧性、断裂强度、疲劳等服役指标具有重要意义。但，如何保证加稀土材料轧制后热处理工艺控制是关键技术，所以，合理设计热处理生产工艺，对开发出含稀土高韧性钢轨具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，制备具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨钢轨，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：
本发明一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，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℃；
在线热处理工艺为：在线余热淬火冷却介质为纯风或风雾混合介质，钢轨开始余热热处理温度为730℃-820℃，在线热处理120-160s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、轨底处强冷却；实际冷却段冷却速度2.5℃/s-6℃/s，冷却时长40s-80s，钢轨冷却后轨头表面温度620℃-660℃；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-2.0℃/s，冷却时长60s-100s；第三阶段弱冷却，冷速≤1.0℃/s，后出口轨头温度为450℃-520℃，后自然空冷至室温；
所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.50-0.70％；Si 0.30-0.70％；Mn0.45-0.90％；P≤0.025％；S≤0.025％；Cr 0.15-0.45％；V 0.02-0.10％；RE 0.0005-0.002％；其余为Fe及杂质。
进一步的，所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.58％；Si 0.50％；Mn0.69％；P 0.013％；S 0.007％；Cr 0.30％；V 0.03％；RE 0.0012％；其余为Fe及杂质。
进一步的，所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.60％；Si 0.55％；Mn0.75％；P 0.011％；S 0.003％；Cr 0.25％；V 0.03％；RE 0.0008％；其余为Fe及杂质。
进一步的，所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.62％；Si 0.53％；Mn0.60％；P 0.019％；S 0.003％；Cr 0.28％；V 0.02％；RE 0.0010％；其余为Fe及杂质。
进一步的，钢轨的抗拉强度大于1100MPa，伸长率≥14，-40℃冲击功AKU2大于20J。
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，最主要提高钢材的强度和硬度，本发明考虑韧性，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；综合考虑Mn和Si元素对材料过冷度转变影响，重点增Si降Mn，进一步增加钢热处理阶段材料的过冷度，获得更细的微观组织。此外，加入Cr、V为细化钢轨晶粒，提高材料强韧性和淬透性。RE加入一是净化钢中夹杂物，利用稀土作用，充分和钢中的硅酸盐等硬质夹杂物聚合，形成球状类等利用变形的形态，提高材料的服役性能。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明提供了一种含稀土制备高韧性钢轨的热处理工艺和方法，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Cr、V、RE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、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
实施例
制备钢轨材料的化学成分各实例化学成分如表1所示。
表1各实例成分(质量百分数/％)
钢轨热处理工艺具体实例如表2所示。
表2钢轨材料热处理工艺实例
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。实验结果如表3所示。
表3各实例力学性能
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)
1.一种含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，其特征在于，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℃；
在线热处理工艺为：在线余热淬火冷却介质为纯风或风雾混合介质，钢轨开始余热热处理温度为730℃-820℃，在线热处理120-160s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、轨底处强冷却；实际冷却段冷却速度2.5℃/s-6℃/s，冷却时长40s-80s，钢轨冷却后轨头表面温度620℃-660℃；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-2.0℃/s，冷却时长60s-100s；第三阶段弱冷却，冷速≤1.0℃/s，后出口轨头温度为450℃-520℃，后自然空冷至室温；
所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.50-0.70％；Si 0.30-0.70％；Mn0.45-0.90％；P≤0.025％；S≤0.025％；Cr 0.15-0.45％；V 0.02-0.10％；RE 0.0005-0.002％；其余为Fe及杂质。
2.根据权利要求1所述的含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，其特征在于，所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.58％；Si 0.50％；Mn 0.69％；P 0.013％；S 0.007％；Cr0.30％；V 0.03％；RE 0.0012％；其余为Fe及杂质。
3.根据权利要求1所述的含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，其特征在于，所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.60％；Si 0.55％；Mn 0.75％；P 0.011％；S 0.003％；Cr0.25％；V 0.03％；RE 0.0008％；其余为Fe及杂质。
4.根据权利要求1所述的含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，其特征在于，所述钢轨的质量百分数的化学成分为：C 0.62％；Si 0.53％；Mn 0.60％；P 0.019％；S 0.003％；Cr0.28％；V 0.02％；RE 0.0010％；其余为Fe及杂质。
5.根据权利要求1所述的含稀土高韧性钢轨的热处理工艺，其特征在于，钢轨的抗拉强度大于1100MPa，伸长率≥14，-40℃冲击功AKU2大于20J。
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