CN115821162A - 一种耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热处理耐腐蚀钢轨的生产方法，该方法包括以下步骤：钢坯冶炼及连铸；铸坯缓冷；对钢坯进行加热，设计总加热时间≥3.5小时；钢轨开轧制温度控制在1080～1150℃，终轧温度960～940℃；轧后进行热处理，冷却速度2.3～2.6℃/s。本发明制造的钢轨布氏硬度大于340(HBW)，抗拉强度大于1180(Rm/MPa)，钢轨具有高强度和耐隧道腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金及金属材料技术领域，尤其涉及一种耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法。
背景技术
钢轨暴露在不同的环境中会发生不同的腐蚀情况，在干燥、风沙、潮湿、闷热的地区，钢轨的腐蚀状态各不一样。我国幅员辽阔，气候条件和工业发展程度各不一样，因此，腐蚀的情况也不同。自然环境中的水、空气、酸、碱、盐、各类污染物等都是引起金属腐蚀的重要条件，然而在隧道线路中，钢轨及周围金属始终受潮湿空气影响，当列车通过时，湿润的空气受列车影响在隧道内产生对流，加速钢轨以及周围金属腐蚀速度，严重时甚至会威胁到人身安全。目前我国隧道用钢轨腐蚀严重。对京原线曲线里程K28+550～K29+50m隧道内钢轨进行腐蚀行为分析。选用60N U75V热处理钢轨，从隧道内钢轨锈蚀情况来看，由于隧道内存在渗水情况，钢轨的外股内侧轨腰、轨底发生了腐蚀，生成疏松的锈层，这种锈层在轮轨周期性载荷的作用下脱落，并在很短时间内(小于30天)生成新的锈层，呈现“剥洋葱”式继续脱落。
目前我国普通铁路按照2006年出版，2019年重新修订并施行的《铁路线路修理规则》进行线路钢轨维护，高速铁路采用2011年10月试行的《高速铁路无砟道线路维修规则》进行钢轨养护，对钢轨腐蚀性能有明确的规定，如表1所示。
表1国内钢轨维修规则
根据《铁路线路修理规则》的标准，高速线路钢轨经除锈后轨底厚度不足8mm或轨腰厚度不足12mm判为重伤，需要下线；重载铁路轨底厚度不足8mm或轨腰厚度不足14mm，就要判为轻伤，U75V热处理上线一年时，轨腰厚度为15.6mm(北京工务段)，接近轻伤。
目前在提高隧道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。本发明基于这个目的开发铁路隧道用耐腐蚀钢轨。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，所制造的钢轨布氏硬度大于340(HBW)，抗拉强度大于1180(Rm/MPa)，延伸率≥10％。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，所用钢轨钢的化学成分于按质量百分比含量计包括：C+S i+Mn：1.8～2.3％；Cu+N i+Cr：0.7～1.0％；其制造方法包括以下步骤：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—热处理—矫直-入库；经过连铸的钢坯需在缓冷设备经过48h缓冷工艺，方可发至轨梁厂；
具体加热工艺如下表2：
表2
采用万能法轧制钢轨，开轧制温度控制在1080～1150℃，终轧温度960～940℃。使用喷风冷却，开始温度为740～790℃，结束温度480～520℃，冷却速率为2.3～2.6℃/s。
进一步的，因故停轧时，炉内温度应低于1080℃。
进一步的，钢轨布氏硬度大于340(HBW)，抗拉强度大于1180(Rm/MPa)，延伸率≥10％。
进一步的，钢坯表面必须经高压水除鳞。
进一步的，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。
进一步的，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。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
钢轨布氏硬度大于340(HBW)，抗拉强度大于1180(Rm/MPa)。钢轨耐隧道腐蚀性能相比U75V热处理钢轨提高135％以上。
具体实施方式
一种耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，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，转炉冶炼过程中加入造渣辅料，出钢过程中根据成品成分要求加入合金进行脱氧合金化，见表3所示。
表3转炉出钢的成分及温度
2、LF、VD炉生产
LF采用中等碱度(R在3.0左右)、强还原性精炼渣处理钢水，VD深真空时间≥20min；
LF炉处理工艺参数见表4，VD炉工艺参数见表5。
表4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5精炼VD炉温度控制
3、连铸生产
连铸生产中过热度控制在≤30℃，恒拉速控制；钢坯化学成分如表6所示，钢坯规格为280mm×380mm。
表6成品成分(％)
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Ni | |
| 最小值 | 0.63 | 0.46 | 0.79 | 0.016 | 0.003 | 0.15 | 0.58 | 0.25 |
| 最大值 | 0.67 | 0.55 | 0.85 | 0.033 | 0.014 | 0.35 | 0.68 | 0.35 |
| 平均值 | 0.65 | 0.51 | 0.83 | 0.025 | 0.009 | 0.20 | 0.63 | 0.30 |
4、钢坯加热
严格控制钢坯的加热温度和加热时间，钢坯开轧温度控制在1080℃～1160℃。加热参数如下表7：
表7钢坯加热工艺
5、钢轨轧制
钢坯表面必须经高压水除鳞；开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度960～940℃。
钢轨热处理
使用喷风冷却，开始温度为740～790℃，结束温度480～520℃，冷却速率为2.3～2.6℃/s
7、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：
成品钢化学成分见表8。
表8钢轨化学成分％
| 成分 | C | Si | Mn | Cu | P | Cr | Ni |
| 0.66 | 0.54 | 0.86 | 0.59 | 0.016 | 0.24 | 0.30 |
钢轨性能：组织为珠光体；踏面硬度342HB；力学性能为：抗拉强度Rm为1192MPa，延伸率A为12.5％。经全浸旋转挂片法腐蚀试验，在试验周期为168h时，耐腐蚀性能相比热处理U75V钢轨提高72％。
实施例2：
成品钢化学成分见表9。
表9钢轨化学成分％
| 成分 | C | Si | Mn | Cu | P | Cr | Ni |
| 0.68 | 0.51 | 0.98 | 0.44 | 0.016 | 0.24 | 0.23 |
钢轨性能：组织为珠光体；踏面硬度355HB；力学性能为：抗拉强度Rm为1223MPa，延伸率A为12％。经全浸旋转挂片法腐蚀试验，在试验周期为168h时，耐腐蚀性能相比热处理U75V钢轨提高45％。
实施例3：
成品钢化学成分见表10。
表10钢轨化学成分％
| 成分 | C | Si | Mn | Cu | P | Cr | Ni |
| 0.70 | 0.62 | 0.94 | 0.47 | 0.016 | 0.24 | 0.24 |
钢轨性能：组织为珠光体；踏面硬度355HB；力学性能为：抗拉强度Rm为1223MPa，延伸率A为12％。经全浸旋转挂片法腐蚀试验，在试验周期为168h时，耐腐蚀性能相比热处理U75V钢轨提高44％。
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热处理钢轨制造方法，其特征在于：所用钢轨钢的化学成分于按质量百分比含量计包括：C+Si+Mn：1.8～2.3％；Cu+Ni+Cr：0.7～1.0％；其制造方法包括以下步骤：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—热处理—矫直-入库；经过连铸的钢坯需在缓冷设备经过48h缓冷工艺，方可发至轨梁厂；
具体加热工艺如下表：
采用万能法轧制钢轨，开轧制温度控制在1080～1150℃，终轧温度960～940℃；使用喷风冷却，开始温度为740～790℃，结束温度480～520℃，冷却速率为2.3～2.6℃/s。
2.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，其特征在于：因故停轧时，炉内温度应低于1080℃。
3.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，其特征在于：钢轨布氏硬度大于340(HBW)，抗拉强度大于1180(Rm/MPa)，延伸率≥10％。
4.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，其特征在于：钢坯表面必须经高压水除鳞。
5.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，其特征在于：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。
6.根据权利要求1所述的耐隧道环境腐蚀热处理钢轨制造方法，其特征在于：钢轨必须按TB/T2344-2012标准要求逐支进行超声波探伤检验；钢轨全长连续进行超声波探伤检查，不能有超过Φ2.0mm人工缺陷当量的缺陷。
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| CN111607738A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-01 | 武汉钢铁有限公司 | 耐腐蚀高强度珠光体钢轨及其制备方法 |
| CN115466834A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-12-13 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种采用水雾冷却介质生产U71MnH钢轨热处理方法 |
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