一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法与流程

1.本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法。


背景技术：

2.我国西南、西北地区属于环境复杂、地理位置多层的地形。修建铁路面临低温、海拔落差等难点。相对应，钢轨服役面临低温、长隧道腐蚀等环境。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。长期隧道内潮湿会对钢轨表面发生锈蚀，也影响钢轨运行的安全性。目前国内外有关研究钢轨低温性能的已公开发表的相关文献较少，重点关注于高抗拉强度、高踏面硬度钢轨的研发和线路铺设应用，耐蚀方面钢轨已在线路使用，相比较钢中主要加入高的耐蚀合金元素，产品相对应低温韧性和耐磨性未有显著提高。因此，面向西北、西南低温长隧道等环境，开发耐低温、耐磨耐腐蚀钢轨具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，冶炼具有良好强度和韧性配比及优异的耐磨耐蚀钢轨，使其可应用高寒地区环境中。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.本发明一种低温地区铁路用耐磨耐蚀钢轨生产方法，包括：
6.炼钢生产工艺为：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℃，稀土合金在vd工位加入；
7.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℃；
8.在线余热淬火的冷却介质为纯风介质，钢轨开始余热热处理温度为720℃～ 800℃，在线热处理140～160s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、轨底处冷却；实际冷却段冷却速度2℃/s～4℃/s，冷却时长60s～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、轨底冷却，冷速≤1.5℃/s，冷却后出口轨头温度为450℃～550℃，后自然空冷至室温。
9.进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：c 0.50～0.68％；si 0.30～ 0.65％；mn 0.55～1.05％；p≤0.025％；s≤0.025％；cr 0.10～0.45％；cu 0.15～ 0.40％；v 0.02～0.08％；其余为fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
10.进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：c 0.63％；si 0.40％；mn 0.85％； p 0.013％；s 0.007％；cr 0.12％；cu 0.17％；v 0.03％；其余为fe及不可避免的轧制，质
量分数共计为100％。
11.进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：c 0.60％；si 0.34％；mn 0.95％； p 0.011％；s 0.003％；cr 0.13％；cu 0.26％；v 0.04％；其余为fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
12.进一步的，所述钢轨的质量百分的化学成分为：c 0.56％；si 0.30％；mn 0.93％； p 0.019％；s 0.003％；cr 0.11％；cu 0.29％；v 0.03％；其余为fe及不可避免的轧制，质量分数共计为100％。
13.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，本发明考虑韧性、耐蚀性，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，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；此外，加入cr、v为细化钢轨晶粒，提高材料强韧性和淬透性。加入微量cu元素主要提高材料耐蚀性。
14.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
15.本发明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cu、cr、v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、耐蚀、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耐蚀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
16.钢材的冶炼生产工艺为：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。
17.表1各实例成分(质量百分数/％)
[0018][0019]
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℃。
[0020]
在线余热淬火冷却介质为高压风。钢轨开始余热热处理温度为720℃～ 800℃，在线热处理140～160s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、轨底处冷却。实际冷却段冷却速度2℃/s～4℃/s，冷却时长60s～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、轨底冷却，冷速≤1.5℃/s，冷却后出口轨头温度为450℃～550℃，后自然空冷至室温。
[0021]
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。耐蚀性与生产的u71mnh钢轨进行盐雾腐蚀实验对比；实验结果如表2 所示。
[0022]
表2各实例力学性能
[0023][0024]
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。