用于铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢及其制备方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种厚规格耐低温H型钢及其制备方法，具体涉及一种用于电
气化铁路接触网支柱的厚规格(翼缘厚度> 28mm)耐低温H型钢及其制备方法。背景技术[0002] 铁路是中国目前最为重要的交通方式，电气化铁路交通方式是全世界轨道交通的主流，电
力机车无废气、
烟尘，对空气无污染，另外噪音较小，舒适度高。全国铁路实现电气化是铁路发展的重要目标，电气化铁路使用
电力机车作为牵引动力，机车上不安装
原动机，所需
电能由电气化铁路电力牵引供电系统提供。沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。电力机车利用
车顶的受电弓从接触网获得电能。然而，在一些高纬度(或高海拔）地区，例如我国东北地区，由于地带狭长，各方交通均不方便，并且冬季气温较低(最低
温度为-40°C左右)，所以电气化铁路建造需要克服一系列耐低温条件材料极限。
[0003] 在通常情况下，国标H型钢规格
覆盖面为H(100~1000) X (50~500) X (3. 2~45) X (7~40)，共118个规格，国产化的规格为（H(100~900) X (50~400) X (3. 2~20) X (7~40))，其中，
腹板厚度≥28mm仅有5个规格，仅占所有规格的4. 23%，而H型钢性能样必须从腿部取样，限于
轧机能力，超厚规格H型钢通常只能使用异型坯
轧制。对于制造翼缘厚度> 28mm的厚规格H型钢来说，使用的异型坯规格与成品规格接近，使用异型坯
连铸坯的翼缘尖部厚度< 80mm轧制、性能部位腿部压缩比为< 3，轧制压缩比非常小，晶粒
破碎度低，在轧制以后的晶粒恢复再结晶容易造成晶粒粗大，最终产品厚度大，在厚度方向上温度梯度较大，晶粒大小以及组织均匀性很难控制，严重影响钢材的低温性能。从而难以采用传统的方法进行制造。
[0004] 第CN101255773B号中国发明
专利公开了一电气化铁路接触网支柱装用H型钢及其制备方法，此发明产品根据接触网支柱的
载荷及分布大小情况，设计出符合国内电气化铁路使用要求接触网支柱专用H型钢，节省了材料，但其使用的是普通材质Q235B、不具备耐低温的特点，因此不能将其用于低温环境下。
[0005] 第CN102021475号中国发明专利
申请公开了一种耐低温结构用
热轧H型钢及其制备方法，该方法采用
钒微
合金化以及轧制控制手段，在该方法中，加热炉的均热温度为1240~1270°C，开轧温度在翼缘外侧为1170°C、在腹板中央为1150°C，终轧温度在翼缘外侧为950°C、在腹板中央为830°C，轧材在
冷床自然冷却，轧材的规格为H300 X 300H型钢。此规格中涉及的H型钢翼缘厚度最厚为15_，低温性能是很容易实现的。另外该H型钢-20°C低温冲击功平均值为90J，难以用于对低温冲击功要求更高的场合，并且也不能在用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢中使用。因此，需要提供一种能够用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢。发明内容[0006] 本发明的一方面在于提供一种用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢及其制备方法。该H型钢可具有在低温环境和强气流下能够承受强冲击力和耐疲劳的特点，因此可用于低温环境(例如，高纬度或高海拔地区）下的电气化铁路接触网支柱。
[0007] 本发明的一方面提供了一种用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢，其特征在于所述耐低温H型钢的化学成分的重量百分数为：C0. 10~O. 22%、SiO. 10~O. 40%,MnO. 5 ~I. 1%、P ( 0.020%、S ( 0.010%、Nb0.02 ~0.05%、Ti0.003-0. 015%，其余为铁和微量杂质。
[0008] 根据本发明的一方面，所述厚规格耐低温H型钢的化学成分的重量百分数为：CO. 11 ~O. 14%、SiO. 10 ~O. 20%、MnO. 80 ~I. 00%、P ≤ 0.015%、S ≤ 0.005%、Nb0.04 ~0. 05%、Ti0.005~0.010%，其余为铁和微量杂质。
[0009] 本发明的另一方面提供了一种用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法，所述制备方法包括铁
水预
脱硫、转炉
冶炼、LF精炼、异型坯连铸、轧制，其特征在于该方法包括下述步骤：
[0010] I)铁水预脱硫：脱硫后保证铁水中的硫含量为< 0.010wt% ；
[0011] 2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼；放钢过程采用预融渣洗工艺
净化钢水；
[0012] 3) LF炉精炼：精炼过程中先充分搅拌化渣，造黄白渣，更进一步脱除钢水中
氧、硫含量，并且在精炼后期喂入适量
钛线；
[0013] 4)异型坯连铸：采用在
中间包与异型坯结晶器之间加
套管方式保护浇注；
[0014] 5)加热炉保温：在加热炉中间隔一支装炉，加热均热段温度为1220°C -1290°C，保温时间I~I. 5小时；
[0015] 6)轧制：采用9~14道次轧制方法，TM开轧温度≤900°C，终轧温度≤820°C，末道次立辊压下率大于10%，其中，所述9~14道次轧制包括粗轧轧制5~9道次以及精轧轧制3~7道次。
[0016] 其中，制备的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的化学成分的重量百分数为 CO. 10 ~O. 22%、SiO. 10 ~O. 40%、MnO. 5 ~I. 1%、P ≤ 0.020%、S ≤ 0.010%、Nb0.02~0.05%、Ti0.003~0.015%，其余为铁和微量杂质。
[0017] 根据本发明的一方面，制备的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的化学成分的重量百分数为：C0. 11~O. 14%、SiO. 10~O. 20%、MnO. 80~I. 00%、P ≤ 0.015%、S ≤ 0.005%、Nb0.04 ~0.05%、Ti0.005 ~0.010%，其余为铁和微量杂质。
[0018] 根据本发明的另一方面，在转炉冶炼步骤中，钢包采用底吹良好的红净钢包，
烘烤温度> SOO0C ;采用高
碳锰铁、铌铁进行合金化，合金成分按中限控制；采用
硅钙钡脱氧，加入量2. 5~3. 5kg/t钢；出钢过程中加入预融渣3-4kg/t钢，当钢水出至1/4时开始均匀加入合金，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。
[0019] 根据本发明的又一方面，LF炉精炼步骤还包括精炼软吹氩之前喂CaFe线，CaFe线喂入量为O. 25-0. 4kg/t钢；精炼后保持渣面微动小氩气量搅拌12min以上，其中，保持渣面微动小氩气量为为50-100NL/min。
[0020] 根据本发明的又一方面，在连铸步骤中，中间包烘烤温度为1100-1150°C，结晶器对弧，使用
浸入式水口全保护保护浇注，其中，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，中间包采用低碳
碱性覆盖剂，覆盖剂加入量为I~I. 5kg/t钢，液相线温度为1518°C，中间包
过热度按20~30°C控制，中包第一炉
温度控制在1543~1553°C，连浇炉次控制在1538~1548 °C，铸还规格为 555mm X 440mm X 90mm,拉速为 O. 8 ~O. 9m/min。
[0021] 根据本发明的再一方面，在轧制步骤中，加热炉的均热温度为1220~1290°C，开轧温度在翼缘外侧为1150~1230°C、在腹板中央为1100~1200°C，终轧温度在翼缘外侧为750~820°C、在腹板中央为650~750°C，轧材在冷床自然冷却。
[0022] 根据本发明的又一方面，在LF炉精炼步骤中，Ti线的喂入量为O. 25~O. 65kg/t钢。
具体实施方式
[0023] 在下文中，将参照示例
实施例详细地描述本发明，然而，本领域技术人员应当理解，下面给出的具体示例仅仅是说明性的，而不是出于限制性的目的。提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本发明的范围充分地提供给本领域技术人员。
[0024] 本发明主要针对一种用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的成分、冶炼及轧制过程中的问题，提供了一种用于电气化铁路接触网支柱的耐低温H型钢及其制备方法，本发明的产品力学性能良好，
屈服强度可达到平均350MPa，
抗拉强度的平均值可为455MPa，一 20°C纵向冲击功可达到平均195J，一 40°C纵向冲击功可达到平均值119J。
[0025] 本发明主要通过降低硫、磷含量、设计合理的碳、锰含量，微合金化主要应用铌、钛复合，没有添加其他的元素。根据本发明实施例，一种用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的化学成分的重量百分数为：C0. 10~O. 16%、SiO. 10~O. 30%、MnO. 8~I. 10%、P ≥ 0.020%、S ≥ 0.010%、Nb0.02 ~0.04%, Ti0.003 ~0.015%，其余为铁和微量杂质。
[0026] 本发明的特点是P、S含量低，并且在仅使用微量Nb、Ti的
基础上，使用生产工艺优化的方法，在轧制压缩比极小的情况下，以较为经济方法生产出用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢。
[0027] 可选地，根据本发明的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的化学成分的重量百分数优选为：C0. 11 ~O. 14%,SiO. 10 ~O. 20%、Μη0· 80 ~I. 00%,P ( 0.015%、S ≥0.005%、Nb0.04 ~0.05%、Ti0.005-0. 0010%，其余为铁和微量杂质。
[0028] 根据本发明的实施例，用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法可包括脱硫、转炉冶炼(例如，120吨顶底复吹转炉冶炼)、LF精炼、异型坯连铸、轧制(例如，1-3轧机布置型式生产线轧制)。
[0029] 具体地讲，在根据本发明实施例的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法中，转炉放钢时采用预融渣洗工艺降低钢水中夹杂物含量，LF精炼后期喂入适量钛线，连铸过程采用套管保护浇注方式，加热炉中使用特殊装入方式，并在1220°C~1290°C之间保温I~I. 5小时，粗轧采用9道次轧制，精轧采用5道次轧制，精轧开轧温度(900°C，终轧温度< 820°C，末道次立辊压下率> 10%。此外，由于异型坯
连铸机的复杂性，所以根据本发明实施例的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法可以不采用
铝脱氧。
[0030] 更具体地说：根据本发明的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法可包括以下工序(步骤）：[0031] I)铁水预脱硫：脱硫后保证铁水中的硫含量为≤ 0.010wt% ；
[0032]2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼；放钢过程采用预融渣洗工艺净化钢水；
[0033] 3) LF炉精炼：精炼过程中先充分搅拌化渣，造黄白渣，更进一步脱除钢水中氧、硫含量，并且在精炼后期喂入适量钛线；
[0034] 4)异型坯连铸：采用在中间包与异型坯结晶器之间加套管方式保护浇注；
[0035] 5)加热炉保温：在加热炉中间隔一支装炉，加热均热段温度为1220°C _1290°C，保温时间I~I. 5小时；
[0036] 6)轧制：采用9~14道次轧制方法，精轧开轧温度≤9000C，终轧温度≤820°C,末道次立辊压下率大于10%，其中，所述9~14道次轧制包括粗轧轧制5~9道次以及精轧轧制3~7道次。
[0037] 另外，本发明未提及的工序，均可采用
现有技术。本领域技术人员能够掌握这些工序的具体实现方法，因此为了清楚和简要起见，在这里将不再进行赘述。
[0038] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而本发明不限于此。
[0039] 根据本发明的一个实施例，一种用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法的工艺路线为：
[0040] 铁水预脱硫一转炉冶炼一LF精炼一异型坯连铸一1-3轧机布置型式生产线轧制—检验入库。
[0041] 制备方法主要工艺措施可包括：
[0042] ( I)铁水到脱硫站，脱硫后保证铁水中的硫含量为< 0.010wt%o
[0043] (2)转炉冶炼：入炉原料必须满足以下要求：铁水含硫量< 0.010% ;采用大渣量低枪位操作，吹炼过程，渣料分两批(首批加入2/3渣料)加入，全程渣子化好、化透。钢包可采用底吹良好的红净钢包，烘烤温度≥800°C。采用高碳锰铁(例如，FeMn65C6.3)、铌铁进行合金化。要求合金干净、干燥。采用硅钙钡脱氧，加入量2.5~3. 5kg/t钢。出钢过程中加入预融渣3-4kg/t钢。当钢水出至1/4时开始均匀、依次加入高碳锰铁、硅钙钡、铌铁合金，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。然而本发明不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的化合物或组合物作为预融渣，只要成分含量符合要求即可。
[0044] (3)LF精炼：在LF钢包进行精炼，精炼过程中先充分搅拌化渣，造黄白渣，然后取一次样进行成分全分析，后喂入O. 25-0. 65kg/t钢Ti线。根据次样分析的结果，进行成分微调，精炼软吹氩之前喂CaFe线O. 25-0. 4kg/t钢。精炼后保持渣面微动小氩气量搅拌12分钟以上。所述的微动小氩气量是指氩气流量为50-100NL/min。
[0045] (4)连铸：中间包烘烤温度为1100_1150°C，结晶器对弧，水口对中符合要求，
冷却水效果良好。二冷采用弱冷。结晶器采用非正弦振动。中间包采用低碳碱性覆盖剂，加入量按照I~I. 5kg/t钢执行。液相线温度为1518°c，中间包过热度按20~30°C控制，中包第一炉温度控制在1543~1553°C，连浇炉次控制在1538~1548°C。连铸机为一机三流，铸还规格为 555mm X 440mm X 90mm,拉速为 O. 8 ~O. 9m/min。
[0046] (5)加热炉的均热温度为1220~1290°C，开轧温度在翼缘外侧为1150~1230°C、在腹板中央为1100~1200°C，终轧温度在翼缘外侧为820°C、在腹板中央为750°C，轧材出精轧机后不进行水冷控制，在冷床自然冷却。根据本发明的一个实施例，轧材的规格为H270*248*18*32型钢。然而本发明不限于此，本发明的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢的制备方法也可以用于轧制其它厚规格的轧材。
[0047] (6)钢的化学成分重量百分比见表1，转炉冶炼过程记录表见表2，精炼过程记录表见表3，连铸过程记录表见表4，轧材力学性能记录表见表5。
[0048] 表1 :钢的化学成分重量百分比％
[0049]
[0050][0051 ] 表2转炉冶炼过程记录表
[0052]I 紫入讀/、 i&抖/kg 合金/kg
[0053] 表3 :连铸过程记录表
[0054]
[0055] 表4:车L制过程记录表
[0056]
[0057] 表5 :轧材力学性能记录表
[0058]
[0059]
[0060] 优选的2、4实施例中Nb含量为0.04-0. 05，在这种情况下，具有该成分的钢的细化晶粒作用尤为明显，钢材的组织均匀性更高，得到的低温冲击性能更优。
[0061] 与现有技术中的耐低温H型钢比较，本发明的用于电气化铁路接触网支柱的耐低温H型钢的特点在于：
[0062] I.生产的
铸坯为大型异型坯，在低成本情况下，使用微量合金以及控轧控温工艺，生产出耐_40°C低温的高强度铁路接触网支柱专用H型钢；
[0063] 2.产品使用优
化成分添加微量Nb合金，并添加微量Ti合金，既可以降低异型坯的铸坯裂纹敏感性，显著改善铸坯表面
质量，又可以确保Nb合金完全发挥作用，可实现耐厚规格耐低温电气化铁路接触网用支柱专用H型钢的连续稳定生产；
[0064] 3.本发明的耐低温性能良好，_40°C冲击功平均可达到116J。
[0065] 4.钢材低温性能与钢种钛含量有一定的对应关系，随着钛含量的增加，钢的韧脆转变温度显著降低。
[0066] 本发明采用铌钛符合微合金化工艺，加入适量的钛，使其形成特定类型的化合物，利用该析出物析出强化与钉渣机理，使其晶粒更为细化，组织均匀性大幅提高，实现作用最大化。另外，本发明在轧制过程中，采用了与现有技术中的用于轧制耐低温型钢的轧制温度相比具有显著区别的轧制温度，例如，在本发明的轧制方法中，终轧温度低于820°C，明显低于现有技术中（例如第CN102021475号中国专利申请)的终轧温度。通过比较各个实施例能够明显看出，通过改善成分和/或调整轧制过程，所获得的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格耐低温H型钢能够克服现有技术中的耐低温H型钢的缺点，能够制造出适于低温环境的用于电气化铁路接触网支柱的厚规格H型钢，并且该H型钢具有优异的耐低温性能。[0067] 虽然已经结合特定的示例性实施例描述了本发明，但是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明`的
权利要求范围当中。
