一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨及其生产方法技术

本发明专利技术涉及高速铁路用钢轨技术领域，尤其涉及一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨及其生产方法。C：0.60％～0.90％，Si：0.50％～1.00％，Mn：0.60％～1.90％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Cr：0.10％～0.25％，Sb：0.001％～0.015％，Cu：0.01％～0.10％，V：0.01％～0.20％、Nb：0.01％～0.20％、Ti：0.01％～0.10％中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢轨抗拉强度1220～1280MPa，屈服强度650～750MPa，延伸率≥11％；轨头表面布氏硬度HBW：365～385，轨头横截面洛氏硬度HRC：A1、B1、C1、D1、E1为37～39，A4、B5、C5、D3、E3为35～36；

【技术实现步骤摘要】
一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨及其生产方法


[0001]本专利技术涉及高速铁路用钢轨
，尤其涉及一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨及其生产方法。

技术介绍

[0002]高速铁路是设计标准等级高、能让列车高速运行的铁路系统。钢轨作为引导列车运行并将车轮载荷传递给道床的关键部件，其质量的优劣直接影响高速铁路的行车安全和运行效率。高速铁路上运行的列车，在平直路段高速行驶时，对钢轨冲击和磨损很低，钢轨使用寿命相对较长，而在弯道曲线半径较小的路段行驶时，需要降低车速运行，这时轮轨之间摩擦系数增加，钢轨侧磨相对严重。
[0003]以2800米及以下半径的时速高于200千米的兼顾货运的高速铁路正线区段的钢轨为例，由于高速列车在该曲线路段速度降低，导致钢轨侧磨严重，同时货运列车轴重较大，装满货物在该路段运行会加重钢轨侧磨和表面磨损，又由于货运列车与高速列车反复以不同的方式对钢轨进行反复冲击，轮轨间接触力往复作用，钢轨鱼鳞纹数量和面积显著增加，转化成表面微裂纹，裂纹沿着裂纹源不断向两侧扩展，最后导致钢轨剥离掉块，严重时发生钢轨断裂危险，危及列车的行车安全。
[0004]提升2800米及以下半径的时速高于200千米的兼顾货运的高速铁路正线区段的钢轨使用寿命，提高钢轨维护时间周期，降低钢轨维护费用成本成为丞待解决的技术问题。
[0005]CN101921950B公开了“用于高速和准高速铁路的钢轨”，该技术中钢轨在室温下组织为珠光体和15％～50％铁素体(优选地为珠光体和15％～30％铁素体)的均匀混合组织，断后延伸率≥15％，屈服强度(REl)≥550MPa，抗拉强度(Rm)≤1000MPa，
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20℃时的断裂韧性KIC≥40MPam1/2，表面硬度≤300HB，该技术钢轨抗拉强度较低，适用于直线路段，不适用于曲线路段。
[0006]CN104195433B公开了“一种高强韧性珠光体钢轨及其生产方法”，该技术中钢轨抗拉强度不超过1120MPa，这对于铺设于曲线小半径路段不能很好地起到耐磨作用。
[0007]CN104561816B公开了“一种高强度耐疲劳性能优良的钢轨及其生产方法”，该技术表明涉及的钢轨抗拉强度介于1260MPa～1420MPa，主要用于重载铁路。
[0008]CN105063490B公开了“一种高速铁路用钢轨及其生产方法和应用”，该技术涉及的钢轨硬度为290～319HB，适用于直线路段，用于曲线路段是耐磨性能较低。
[0009]CN110592496B公开了“一种珠光体钢轨钢及其制备方法”、CN112501512A公开了“一种控轧控冷高强度珠光体钢轨及其生产方法”，涉及的钢轨更适用于重载铁路。
[0010]CN107739806A公开了“高韧塑性过共析钢轨及其制造方法”，涉及的钢轨为过共析钢轨，用于重载铁路。
[0011]CN107475616A公开了“高强韧性珠光体钢轨及其制造方法”、CN107675083B公开了“强韧性珠光体钢轨及其制造方法”，涉及钢轨具有一定的强度和硬度，但都着重强调热处理工艺，对合金与热处理综合作用没有描述。

技术实现思路

[0012]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨及其生产方法，在不显著增加生产成本的基础上，生产出适用于2800米及以下半径的时速高于 200千米的兼顾货运的高速铁路正线区段的高强韧性、高硬耐磨、抗接触疲劳性能优于现有铺设的钢轨的一种在线热处理钢轨。
[0013]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0014]一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨，由如下重量百分含量的化学成分组成：
[0015]C：0.60％～0.90％，Si：0.50％～1.00％，Mn：0.60％～1.90％，P：≤0.025％，S：≤ 0.015％，Cr：0.10％～0.25％，Sb：0.001％～0.015％，Cu：0.01％～0.10％，V：0.01％～0.20％、 Nb：0.01％～0.20％、Ti：0.01％～0.10％中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0016]所述钢轨抗拉强度1220～1280MPa，屈服强度650～750MPa，延伸率≥11％；轨头表面布氏硬度HBW：365～385，轨头横截面洛氏硬度HRC：A1、B1、C1、D1、E1为37～ 39，A4、B5、C5、D3、E3为35～36；
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20℃断裂韧性最小平均值为32MPa
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。
[0017]一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨的生产方法，具体包括如下步骤：
[0018]1)冶炼
[0019]铁水脱硫预处理，脱氧，炉渣厚度不大于100～150mm；
[0020]2)精炼
[0021]脱硫，脱氧，LF精炼20～40min，硫化物粗系和细系长度尺寸均不大于100μm；
[0022]3)真空脱气
[0023]VD或RH真空脱气，真空处理时间15～30min，控制氢浓度1.5～2.0ppm、氧浓度 15～18ppm；
[0024]4)连铸
[0025]铸坯尺寸280～320mm
×
380～410mm，拉速0.4～0.7m/min；
[0026]5)铸坯加热
[0027]加热温度1200～1300℃，保温时间1.5～4h；
[0028]6)钢轨轧制
[0029]首次大压下轧制：开坯大压下轧制温度为1100～1200℃，轧制后出轧机温度控制在 1050～1100℃，制钢轨断面缩小率30％～40％；
[0030]二次大压下轧制：轧制后出轧机温度为1000～1050℃，轧制钢轨断面缩小率40％～ 50％；
[0031]三次大压下轧制：轧制温度930～980℃，同时轧制钢轨断面缩小率15％～30％；
[0032]在线热处理进入机组前，钢轨轨头温度不低于800℃；
[0033]7)钢轨在线热处理
[0034]钢轨轧制完成后直接进入热处理机组进行淬火冷却；
[0035]采用多阶段冷却，直至钢轨轨头温度在460℃以下，然后空气中正火冷却至室温，获得细化的珠光体组织，珠光体片层间距为80～100nm；
[0036]进一步的，所述步骤1)采用转炉或电炉冶炼，铝铁或硅铁脱氧，出钢过程加入白灰或碳化稻壳。
[0037]进一步的，所述步骤2)采用钡铁或铝铁进行脱氧。
[0038]进一步的，所述步骤5)铸坯堆垛缓冷至室温，铸坯四面倒角，粉刷涂料；加热过程配置炉气，选择天然气、空气煤气其中至少一种方式加热，保证铸坯始终处于还原气氛，保证轧制的钢轨脱碳层不大于0.3mm。
[0039]进一步的，所述步骤6)铸坯经高压水除鳞，采用三机架、五机架或七机架轧机轧制钢轨，钢轨规格为高速轨廓形60kg/m。
[0040]进一步的，所述步骤7)冷却采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨，其特征在于，由如下重量百分含量的化学成分组成：C：0.60％～0.90％，Si：0.50％～1.00％，Mn：0.60％～1.90％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Cr：0.10％～0.25％，Sb：0.001％～0.015％，Cu：0.01％～0.10％，V：0.01％～0.20％、Nb：0.01％～0.20％、Ti：0.01％～0.10％中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢轨抗拉强度1220～1280MPa，屈服强度650～750MPa，延伸率≥11％；轨头表面布氏硬度HBW：365～385，轨头横截面洛氏硬度HRC：A1、B1、C1、D1、E1为37～39，A4、B5、C5、D3、E3为35～36；
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20℃断裂韧性最小平均值为32MPa
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。2.一种如权利要求1所述高速铁路用高强韧耐磨热处理钢轨的生产方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)冶炼铁水脱硫预处理，脱氧，炉渣厚度不大于100～150mm；2)精炼脱硫，脱氧，LF精炼20～40min，硫化物粗系和细系长度尺寸均不大于100μm；3)真空脱气VD或RH真空脱气，真空处理时间15～30min，控制氢浓度1.5～2.0ppm、氧浓度15～18ppm；4)连铸铸坯尺寸280～320mm
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380～410mm，拉速0.4～0.7m/min；5)铸坯加热加热温度1200～1300℃，保温时间1.5～4h；6)钢轨轧制首次大压下轧制：开坯大压下轧制温度为1100～1200℃，轧制后出轧机温度控制在1050～1100℃，制钢轨断面缩小...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬，金纪勇，刘鹤，廖德勇，于海鑫，刘祥，李哲，陈玲，李毅，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：