一种耐腐蚀60AT1钢轨的制造工艺的制作方法

本发明属于金属材料制造，尤其涉及一种耐腐蚀60at1钢轨的制造工艺。

背景技术：

1、非对称断面钢轨主要用于高原铁路道岔的尖轨、心轨部位，承受频繁的轮轨冲击、摩擦及复杂应力作用，同时面临高原低温（最低-40℃以下）、低气压（含氧量仅为平原60-70%）、强紫外线、高湿度的极端环境。tb/t 2344.2-2020《钢轨 第2部分：道岔用非对称断面钢轨》标准明确规定了非对称断面钢轨的几何尺寸、化学成分、力学性能、表面质量等核心要求，其中非对称断面钢轨al含量需≤0.010%，总氧含量≤0.0030%，轨头脱碳层深度≤0.5mm，非金属夹杂物有明确分级限制，且钢轨断面需符合附录a中规定的非对称结构（轨头侧下颚圆弧为r5）。

2、u63mncrcuh钢种因具备一定的强度和耐蚀性，被广泛应用于铁路钢轨制造，但传统u63mncrcuh钢轨的化学成分和制造工艺未针对高原道岔使用条件及tb/t 2344.2-2020标准优化：一是低温冲击韧性不足，道岔尖轨/心轨应力集中部位易发生脆性断裂，难以满足高原低温环境下标准对断裂韧性的隐性要求；二是耐大气腐蚀性能有限，高原强腐蚀环境导致钢轨表面锈蚀、剥落，影响结构完整性，超出标准允许的表面缺陷深度限值；三是晶粒组织均匀性差，非金属夹杂物控制不佳，难以承受频繁轮轨冲击带来的疲劳损伤；四是传统冷却工艺未适配图1所示的非对称断面轨型非对称结构（尖轨尖端厚度薄、应力集中），喷嘴布置不合理、喷风强度单一，导致钢轨各部位冷却不均，产生残余应力，轨底最大纵向残余拉应力易超出250mpa的标准上限；五是几何尺寸精度不稳定，轨高、轨冠饱满度等关键尺寸偏差易超出标准规定的±0.6mm范围。因此，基于u63mncrcuh钢种及tb/t 2344.2-2020标准，开发适配高原道岔使用条件且针对性设计冷却工艺的非对称断面钢轨及其制造工艺，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有u63mncrcuh钢种非对称断面钢轨在高原道岔使用中易脆断、腐蚀失效、疲劳寿命短及冷却不均的问题，本发明的目的是提供一种耐腐蚀60at1钢轨的制造工艺，通过优化化学成分配比（严格契合tb/t 2344.2-2020标准对化学成分、夹杂物、脱碳层等要求）、定制三段式冷却工艺及小冷床缓冷工艺，提升钢轨低温韧性、耐蚀性、组织均匀性和尺寸稳定性，确保产品全面满足tb/t 2344.2-2020标准及高原道岔关键部位的严苛使用要求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种耐腐蚀60at1钢轨的制造工艺，包括以下步骤：

4、（1）转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼，控制终点碳含量0.55-0.62%，温度1610-1640℃，出钢时加入硅锰合金、铬铁合金预脱氧合金化，脱氧剂加入量为钢水质量的0.3-0.5%，钢水氢含量≤0.00025%；

5、（2）lf精炼：钢水送入lf精炼炉，采用钙处理去除夹杂物，控制炉渣碱度3.0-4.0，精炼后钢水氧含量≤30ppm，硫含量≤0.020%，温度1570-1590℃，总氧含量≤0.0030%，氮含量≤0.0080%；

6、（3）连铸：采用弧形连铸机连铸，连铸坯断面尺寸320×280mm，连铸速度0.6-0.8m/min，结晶器水量280-320l/min，二冷区采用雾冷，连铸过程采用电磁搅拌（搅拌电流300-350a，搅拌频率5-10hz），控制连铸坯中心偏析≤1.0级，疏松≤1.0级，表面质量等级≥2级；

7、（4）热连轧：连铸坯经加热炉分段加热至1180-1220℃，保温2-3h；预热段800-900℃、加热段1100-1180℃、均热段1180-1220℃；通过粗轧、中轧、精轧机组轧制，轧制压下比≥9，精轧温度900-950℃，终轧后钢轨断面符合图1所示的非对称断面型标准，轨高偏差±0.6mm，轨冠饱满度偏差±0.6mm，断面不对称偏差±1.5mm；

8、（5）三段式冷却：针对图1所示的非对称断面轨型结构，在钢轨踏面、两侧工作面及尖轨尖端分别布置环形喷嘴组，其中尖轨尖端喷嘴密度为踏面的1.5倍；喷风强度分三段控制：第一段850-750℃喷风强度1.8-2.2mpa，冷却速度4-6℃/s；第二段750-650℃喷风强度1.2-1.5mpa，冷却速度2-3℃/s；第三段650-550℃喷风强度0.8-1.0mpa，冷却速度1-2℃/s；

9、（6）小冷床缓冷：将冷却后的钢轨送入小冷床，控制冷床输送速度0.3-0.5m/min，冷床内温度梯度≤5℃/m，缓冷时间4-6h，自然冷却至室温，得到成品钢轨；成品钢轨平直度垂直方向≤0.4mm/m、水平方向≤0.6mm/m，全长扭曲≤2.5mm；

10、（7）成品检验：按tb/t 2344.2-2020标准进行超声波探伤、尺寸检测、表面质量检验，表面缺陷最大允许深度：走行面0.5mm，其他部位0.6mm；

11、所述钢轨按质量百分比计化学成分包括：c：0.60-0.66%，si：0.55-0.75%，mn：1.30-1.50%，p≤0.025%，s≤0.025%，cr：0.30-0.50%，cu：0.20-0.30%，ni：0.10-0.20%，v：0.03-0.06%，ti：0.01-0.03%，al≤0.010%，其余为fe和不可避免的杂质。

12、进一步的，所述钢轨的抗拉强度≥1150mpa，屈服强度≥900mpa，断后伸长率≥11%，-40℃低温冲击功akv≥45j，耐大气腐蚀速率≤0.03mm/a，轨头表面脱碳层深度≤0.5mm，非金属夹杂物粗系a≤2.5级、b≤1.5级、c≤1.5级、d≤1.5级，轨底最大纵向残余拉应力≤250mpa。

13、进一步的，步骤（4）中精轧机组采用多道次小变形量轧制，总变形量≥85%，细化晶粒组织，钢轨全断面显微组织为珠光体，允许有少量铁素体，无马氏体、贝氏体及晶界渗碳体。

14、进一步的，步骤（5）中环形喷嘴组的喷嘴孔径为1.5-2.0mm，喷嘴与钢轨表面的距离为80-100mm，喷嘴布置：踏面12组、两侧工作面各8组、尖轨尖端额外增加6组，确保冷却均匀性。

15、进一步的，所述钢轨按质量百分比计化学成分包括：c：0.60%，si：0.55%，mn：1.30%，p：0.020%，s：0.015%，cr：0.30%，cu：0.20%，ni：0.10%，v：0.03%，ti：0.01%，al：0.008%，其余为fe和不可避免的杂质。

16、进一步的，所述钢轨按质量百分比计化学成分包括：c：0.63%，si：0.65%，mn：1.40%，p：0.022%，s：0.018%，cr：0.40%，cu：0.25%，ni：0.15%，v：0.045%，ti：0.02%，al：0.009%，其余为fe和不可避免的杂质。

17、进一步的，所述钢轨按质量百分比计化学成分包括：c：0.66%，si：0.75%，mn：1.50%，p：0.025%，s：0.020%，cr：0.50%，cu：0.30%，ni：0.20%，v：0.06%，ti：0.03%，al：0.010%，其余为fe和不可避免的杂质。

18、设计原理：

19、严格遵循tb/t 2344.2-2020标准6.2.1要求，控制p、s≤0.025%，al≤0.010%（针对非对称断面钢轨专项要求），总氧含量≤0.0030%，氮含量≤0.0080%，避免杂质元素导致的晶界脆化；

20、c：控制在0.60-0.66%，平衡道岔钢轨所需的强度、硬度与韧性，避免碳过高导致脆化，同时确保抗拉强度≥1150mpa，满足标准中在线热处理钢轨的强度要求；

21、si、mn：si提升抗氧化性和强度，mn提高淬透性与低温韧性，适配道岔频繁冲击工况，且符合标准对合金元素的兼容要求；

22、cr、cu：cr增强耐蚀性和硬度，cu形成致密氧化膜，协同抵抗高原强腐蚀环境，减少表面锈蚀深度，确保表面缺陷深度不超出标准规定的0.5mm（走行面）限值；

23、ni：补充添加0.10-0.20%，显著提升低温冲击韧性，解决道岔部位脆断风险，-40℃低温冲击功≥45j，远超标准基础要求；

24、v、ti：细化晶粒，改善组织均匀性，同时有效控制非金属夹杂物级别（粗系a≤2.5级、b≤1.5级、c≤1.5级、d≤1.5级），符合标准6.7要求，提升疲劳寿命；

25、严格控制脱碳层深度≤0.5mm，契合标准6.6中轨头表面脱碳层要求，避免表面硬度下降。

26、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

27、基于u63mncrcuh钢种特性，优化化学成分配比并公布专用生产方法，通过精准控制合金元素含量与“冶炼-精炼-连铸-轧制-热处理”工工艺，结合适配道岔心轨的喷嘴位置与喷风强度设计，显著提升钢轨低温冲击韧性、耐大气腐蚀性能和力学强度。本发明钢轨满足tb/t 2344.2-2020标准及高原道岔关键部位使用要求，适用于海拔3000m以上高原铁路道岔，可延长服役寿命30%以上，降低维护成本。