一种含RE、Cr元素高韧性钢轨的生产方法 |
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| 申请号 | CN202311336220.7 | 申请日 | 2023-10-16 | 公开(公告)号 | CN117587320A | 公开(公告)日 | 2024-02-23 |
| 申请人 | 包头钢铁(集团)有限责任公司; | 发明人 | 薛虎东; 赵桂英; 陈永超; 苏航; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种含RE、Cr元素高韧性 钢 轨的生产方法，包括：炼钢生产工艺： 铁 水 →转炉 冶炼 →LF精炼→VD→ 连铸 ；钢轨 轧制 工艺：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；在线余热淬火冷却介质为气雾+ 风 混合；其 质量 百分比的化学成分为：C 0.50‑0.65％；Si 0.35‑0.65％；Mn 0.55‑1.00％；Cr 0.10‑0.25％；P≤0.025％；S≤0.025％；RE 0.002‑0.01％；其余为Fe及杂质。本发明生产具有良好强度和韧性配比及优异的 耐磨性 能钢轨，使应用于低温和韧性高的线路。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种含RE、Cr元素高韧性钢轨的生产方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种含RE、Cr元素高韧性钢轨的生产方法技术领域背景技术[0002] 我国大部分地区冬季寒冷漫长，部分地区冬季气温有时低于‑40℃。钢轨长时间在低温环境下服役可能会出现脆断问题，直接影响铁路运输的安全。随着铁路建设的规模扩大和线路运营的要求提高，这就需要研究并设法提升钢轨耐磨性的同时，提高韧性力学性能指标。从钢轨标准来看，各国对钢轨钢的韧性性能只有伸长率和断裂韧性规定。俄罗斯ГОСТР51685‑2013标准中有耐低温钢轨冲击性能要求。 [0003] U71Mn(R260)钢轨是铁标(欧标)中硬度等级低、韧性高的钢轨。但是，一些研究学者对U71Mn钢轨进行力学性能检验，常温下，U71Mn钢轨硬度平均值为275HB，抗拉强度值为930MPa，低温﹣40℃轨头U型冲击值约为7J。目前，随着铁路运输量的增加，线路铺设的U71Mn钢轨，尤其北方低温地区下，耐磨性和韧性都急需综合提高。所以，开发出具有高强耐磨高冲击韧性钢轨具有非常重要的生产和经济意义。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种含RE、Cr元素高韧性钢轨的生产方法，生产具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨性能钢轨，使其可应用低温和需要韧性高的线路服役环境中。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： [0006] 本发明一种含RE、Cr元素高韧性钢轨的生产方法，包括： [0007] 炼钢生产工艺：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸；转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15min，过热度ΔT≤30℃，稀土合金在VD工位加入； [0008] 钢轨轧制工艺：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1080℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度910‑940℃； [0009] 在线余热淬火冷却介质为气雾+风混合；钢轨终轧后开始余热热处理温度为730℃‑800℃，在线热处理100‑120s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、轨底处采用气雾冷却；实际冷却段冷却速度3℃/s‑5℃/s，冷却时长50s‑80s；第二阶段弱冷，对钢轨顶面、轨头两侧、轨距角下颚、轨底气雾冷却，冷速≤2℃/s，冷却后出口轨头温度为530℃‑600℃，后自然空冷至室温； [0010] 其质量百分比的化学成分为：C 0.50‑0.65％；Si 0.35‑0.65％；Mn 0.55‑1.00％；Cr 0.10‑0.25％；P≤0.025％；S≤0.025％；RE 0.002‑0.01％；其余为Fe及杂质，质量分数共计为100％。 [0011] 进一步的，钢轨最终组织为少量的铁素体+珠光体组织。 [0012] 进一步的，其质量百分比的化学成分为：C 0.62％；Si 0.53％；Mn 0.69％；Cr 0.12％；P 0.013％；S 0.007％；RE 0.0002‑0.001％；其余为Fe及杂质，质量分数共计为 100％。 [0013] 进一步的，其质量百分比的化学成分为：C 0.63％；Si 0.57％；Mn 0.70％；Cr 0.15％；P 0.011％；S 0.003％；RE 0.0006％；其余为Fe及杂质，质量分数共计为100％。 [0014] 进一步的，其质量百分比的化学成分为：C 0.60％；Si 0.45％；Mn 0.75％；Cr 0.13％；P 0.019％；S 0.003％；RE 0.0010％；其余为Fe及杂质，质量分数共计为100％。 [0015] 该材料中所添加的主要合金元素Si、Mn，目的是提高钢轨强度能力和相变转变温度适宜热处理线。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，提高钢材的强度和硬度，但是，C含量的增加将降低钢轨韧性，因此本发明C含量同时考虑强韧性。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，同时考虑到钢轨焊接性，Si含量不宜过高，因为Si传热性差，不利于钢轨焊接；Cr元素提高钢的淬透性，增加材料的强度和硬度。此外，加入的RE元素为稀土合金，稀土的基础理论研究已经证明，钢中含稀土具有控制冶炼过程中硫化物的形态作用，使得钢材中的晶粒得到细化。同时，稀土能提高钢材的抗氧化和耐低温性，钢铁材料中含有适量的稀土，可降低韧脆转变温度，对钢轨在低温地区服役具有重要的技术意义。 [0016] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果： [0017] 本发明提供了一种含RE、Cr高韧性钢轨材料的制备方法，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Si、Mn、Cr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、耐磨、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。本发明的含稀土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[0018] 一种含RE、Cr元素高韧性钢轨的生产方法，包括： [0019] 钢材的冶炼生产工艺：铁水→转炉冶炼→LF精炼→VD→连铸。转炉冶炼采用无铝脱氧合金化，全过程按精炼正常吹氩；真空度≤0.10KPa，深真空时间≥18min，过热度ΔT≤30℃。各实例化学成分如表1所示。 [0020] 表1各实例成分(质量百分数/％) [0021] [0022] 轧制工艺：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1080℃，开轧温度≥1100℃，终轧温度910～940℃。 [0023] 在线余热淬火冷却介质为气雾+风混合。热处理温度根据钢中的相变温度参数及工业设备实际能力结合确定。钢轨终轧后开始余热热处理温度为730℃～780℃，在线热处理100～120s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、轨底处采用气雾冷却。实际冷却段冷却速度3℃/s～5℃/s，冷却时长50s～80s。保证钢轨最终组织为少量的铁素体+珠光体组织。第二阶段弱冷，对钢轨顶面、轨头两侧、轨距角下颚、轨底气雾冷却，冷速≤2℃/s，冷却后出口轨头温度为530℃～600℃，后自然空冷至室温。 [0024] 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2所示。 [0025] 表2各实例力学性能 [0026] [0027] 从表2可以看出，各实例具有良好强度、韧性及力学性能，用其生产的钢轨具有很好的耐磨性、低温韧性。各项性能都优于目前U71Mn钢轨，该产品可替代低温环境条件下铁路铺设的U71Mn钢轨。 |
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