CN111020378A - 一种耐隧道环境腐蚀钢轨 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐隧道环境腐蚀钢轨，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.62％‑0.74％、Si：0.35％‑0.65％、Mn：0.80％‑1.00％、Cu：0.38％‑0.48％、Cr：0.20％‑0.45％、Ni：0.15‑0.25％、Mo≤0.20％、P：≤0.035％、S：≤0.025％和Al：≤0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。还公布了其制造方法。本发明生产出来的钢轨具有良好的强度和耐隧道腐蚀性能。

Description

一种耐隧道环境腐蚀钢轨
技术领域
本发明涉及冶金及金属材料领域，尤其涉及一种耐隧道环境腐蚀钢轨及其制造方法。
背景技术
据美国宇航局2010年9月21日发布的全球空气质量地图显示，我国空气中各种悬浮颗粒的总量是国外大部分国家和地区的十多倍，钢轨的大气腐蚀程度也相应加重，这与我国钢轨使用寿命只有国外同类产品的十分之一的现象相吻合。另外，随着我国汽车使用数量的与日俱增，大气污染有更加恶化的趋势。可以推断，今后我国钢轨的腐蚀现象将变得越来越严重。大气腐蚀已经成为影响钢轨服役寿命的重要因素。
铁路钢轨的腐蚀主要发生在海滨、盐湖地区及潮湿的隧道内。我国铁路***长距离隧道内钢轨严重腐蚀，每年更换费接近百万元，由于腐蚀引起的断裂、掉块、起皮等造成的损失更是无法估计；在隧道气候条件下，钢轨及扣件锈蚀严重，列车速度的提高和列车密度的增加又减少了钢轨的干燥时间，因此钢轨和扣件的锈蚀成为较严重的病害。在地铁直流牵引供电***中，电流经钢轨流回牵引变电所负极。由于钢轨对地并不能做到完全绝缘，会使得一小部分电流由钢轨流向大地，并在大地通过某条路径流回牵引变电所负极，这些电流被称为杂散电流。杂散电流会对隧道结构钢筋、埋地金属管线以及钢轨产生腐蚀危害，严重时甚至会威胁到人身安全。
目前在提高钢轨的强度及耐蚀性上，还没有相对较成熟的、完全可以工业化的材料品种和应用技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐隧道环境腐蚀钢轨及其制造方法，生产出来的钢轨具有良好的强度和耐隧道腐蚀性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种耐隧道环境腐蚀钢轨，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.62％-0.74％、Si：0.35％-0.65％、Mn：0.80％-1.00％、Cu：0.38％-0.48％、Cr：0.20％-0.45％、Ni：0.15-0.25％、Mo≤0.20％、P：≤0.035％、S：≤0.025％和Al：≤0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.74％、Si：0.64％、Mn：0.96％、Cu：0.34％、Cr：0.34％、Ni：0.20％、Mo：0.12％、P：0.016％，其余为铁及不可避免的杂质。
进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.66％、Si：0.54％、Mn：0.96％、Cu：0.40％、Cr：0.34％、Ni：0.20％、Mo：0.06％、P：0.016％，其余为铁及不可避免的杂质。
进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.72％、Si：0.46％、Mn：0.84％、Cu：0.40％、Cr：0.24％、Ni：0.20％、P：0.016％，其余为铁及不可避免的杂质。
一种耐隧道环境腐蚀钢轨的制造方法，包括：
1)转炉生产
为保证产品质量及对成品成分的精确控制，供转炉铁水要求：按质量百分数磷含量小于等于0.13％，硫含量小于等于0.05％；在转炉冶炼过程中加入白灰、白云石、萤石等造渣辅料，出钢过程中根据成品成分要求加入硅铁、硅锰和铝硅锰进行脱氧合金化；
转炉终点钢水的碳含量、磷含量(及出钢温度如下：
出钢温度1605-1660℃，平均1635℃；碳含量0.04-0.13％；磷含量0.004-0.017％；
2)LF、VD炉生产
LF炉精炼就位温度1522-1598℃，平均1560℃；精炼离位温度1613-1650℃；精炼处理时间26-58min；
3)连铸生产
连铸生产中过热度控制在15-35℃之间，拉速在0.55m/min-0.80m/min之间；
4)钢轨轧制
严格控制钢坯的加热温度和加热时间，钢坯出炉温度为1080℃～1160℃，加热段温度1100℃～1300℃，均热段温度1100℃～1280℃，同时保证钢坯加热温度均匀。
进一步的，钢坯规格为280mm×380mm。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
在现有工艺路线的前提下，采用特定的冶炼工艺和碳的窄成分控制，生产出满足客户后续轧钢热处理要求窄成分控制，生产出来的钢轨具有良好的强度和耐隧道腐蚀性能，从最经济又最简便的方法来满足客户要求。
具体实施方式
工业生产工艺简述如下：
铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—VD真空处理—连铸—缓冷—加热—轧制—矫直—探伤—检查—加工—入库。
具体的工艺参数控制如下：
转炉生产
转炉冶炼时根据实际情况加入白灰2600-3700kg，白云石800-2800kg，铁皮500-2000kg，出钢过程中加入矽锰900kg，铝锰钛250kg。
转炉终点钢水的碳含量、磷含量(质量百分数)及出钢温度如表1所示。
表1转炉出钢的成分及温度
Figure BDA0002276794780000041
LF及VD炉生产
LF炉精炼根据钢水成分及温度变化进行加辅料造渣，加合金进行微调和升温操作。加入白灰500-800kg，萤石60-150kg，矾土150-200kg，电石100kg，合金根据精炼就位成分进行微调锰铁、硅铁，钢水温度与处理时间见表2，根据VD炉温控制真空处理时间，真空深度，VD后温度，静置时间见表3。
表2精炼LF炉温度控制
精炼就位温度℃ 精炼离位温度℃ 精炼处理时间min
最小值 1522 1613 25
最大值 1598 1650 58
平均值 1560 1626 39
表3精炼VD炉温度控制
Figure BDA0002276794780000042
Figure BDA0002276794780000051
3)连铸生产
连铸生产中过热度控制在19-30℃之间，拉速在0.55m/min-0.80m/min之间，钢坯规格为280mm×380mm。
4)钢轨轧制
严格控制钢坯的加热温度和加热时间，钢坯出炉温度为1080℃～1160℃，加热段温度1100℃～1300℃，均热段温度1100℃～1280℃，同时保证钢坯加热温度均匀。合理选定除鳞压力，确保每支坯料都得到有效除鳞。开轧温度控制在1080℃～1160℃。加热Ⅰ段应控制加热速度，不可快速加热升温，保证加Ⅰ段加热时长1小时以上。预热段温度不得高于800℃。钢坯加热温度要均匀，严禁钢坯过热、过烧。连续生产时，应保证每支钢坯在炉内各段加热温度和加热时长，加热工艺如下：
表5钢坯加热工艺
Figure BDA0002276794780000052
钢坯表面必须经高压水除鳞；开轧温度(以BD1第二道次为主)控制在1060℃～1130℃；钢轨矫直温度不得超过60℃，经矫直后的钢轨应平直，不得有波浪弯，硬弯和明显的扭曲，且只允许辊矫一次；钢轨必须按TB/T2344-2012标准要求逐支进行超声波探伤检验。钢轨全长应连续进行超声波探伤检查，不应有超过Φ2.0mm人工缺陷当量的缺陷。
实施例1：
成品钢化学成分如表6所示：
表6钢轨化学成分％
成分 C Si Mn Cu P Cr Ni Mo
0.74 0.64 0.96 0.34 0.016 0.34 0.20 0.12
钢轨性能：组织为珠光体；踏面硬度304HB；力学性能为：抗拉强度Rm为1072MPa，屈服强度Rp0.2为783MPa，延伸率A为14.5％。经《TBT 2375-1993铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法标准》腐蚀试验，耐腐蚀性能相比热轧U71Mn钢轨提高30％。
实施例2：
成品钢化学成分如表7所示：
表7钢轨化学成分％
成分 C Si Mn Cu P Cr Ni Mo
0.66 0.54 0.96 0.40 0.016 0.34 0.20 0.06
钢轨性能：组织为珠光体；踏面硬度308HB；力学性能为：抗拉强度Rm为1064MPa，屈服强度Rp0.2为734MPa，延伸率A为14％。经《TBT 2375-1993铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法标准》腐蚀试验，耐腐蚀性能相比热轧U71Mn钢轨提高35％。
实施例3：
成品钢化学成分如表8所示：
表8钢轨化学成分％
成分 C Si Mn Cu P Cr Ni Mo
0.72 0.46 0.84 0.40 0.016 0.24 0.20 -
钢轨性能：组织为珠光体；踏面硬度298HB；力学性能为：抗拉强度Rm为1012MPa，屈服强度Rp0.2为698MPa，延伸率A为12.5％。经《TBT 2375-1993铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法标准》腐蚀试验，耐腐蚀性能相比热轧U71Mn钢轨提高42.3％。
各实施例的力学性能如表9：
表9成品钢轨性能指标
钢号 抗拉强度(MPa) 伸长率(％) 钢轨踏面硬度(HBW)
耐蚀钢轨 ≥980 ≥9 ≥280
非金属夹杂物如表10：
表10非金属夹杂物要求
Figure BDA0002276794780000071
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 (6)

1.一种耐隧道环境腐蚀钢轨，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.62％-0.74％、Si：0.35％-0.65％、Mn：0.80％-1.00％、Cu：0.38％-0.48％、Cr：0.20％-0.45％、Ni：0.15-0.25％、Mo≤0.20％、P：≤0.035％、S：≤0.025％和Al：≤0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀钢轨，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.74％、Si：0.64％、Mn：0.96％、Cu：0.34％、Cr：0.34％、Ni：0.20％、Mo：0.12％、P：0.016％，其余为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀钢轨，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.66％、Si：0.54％、Mn：0.96％、Cu：0.40％、Cr：0.34％、Ni：0.20％、Mo：0.06％、P：0.016％，其余为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀钢轨，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.72％、Si：0.46％、Mn：0.84％、Cu：0.40％、Cr：0.24％、Ni：0.20％、P：0.016％，其余为铁及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的耐隧道环境腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，包括：
1)转炉生产
为保证产品质量及对成品成分的精确控制，供转炉铁水要求：按质量百分数磷含量小于等于0.13％，硫含量小于等于0.05％；在转炉冶炼过程中加入白灰、白云石、萤石等造渣辅料，出钢过程中根据成品成分要求加入硅铁、硅锰和铝硅锰进行脱氧合金化；
转炉终点钢水的碳含量、磷含量(及出钢温度如下：
出钢温度1605-1660℃，平均1635℃；碳含量0.04-0.13％；磷含量0.004-0.017％；
2)LF、VD炉生产
LF炉精炼就位温度1522-1598℃，平均1560℃；精炼离位温度1613-1650℃；精炼处理时间26-58min；
3)连铸生产
连铸生产中过热度控制在15-35℃之间，拉速在0.55m/min-0.80m/min之间；
4)钢轨轧制
严格控制钢坯的加热温度和加热时间，钢坯出炉温度为1080℃～1160℃，加热段温度1100℃～1300℃，均热段温度1100℃～1280℃，同时保证钢坯加热温度均匀。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，钢坯规格为280mm×380mm。
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