一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.93～1.0％；Si：05～0.6％；Mn：0.9～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％；Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质。还公布其生产方法。本发明专利技术制备的钢轨材料的抗拉强度≥1330MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。

A kind of on-line heat treatment rare earth rail material with high strength and hardness and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料及其生产方法
本专利技术涉及冶金材料领域，尤其涉及一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料及其生产方法。
技术介绍
铁路运输在国民经济建设中的地位举足轻重，并日益向着大运量和高效化的方向快速发展。因此对钢轨的强度和硬度提出了更高的要求，尤其在小曲线半径或弯道多的路段，常用的热轧U75V和U71Mn钢轨表现出不耐磨、易伤损等问题。为提高钢轨使用性能和延长钢轨寿命，高强度高硬度钢轨的开发成为重要课题，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。
技术实现思路
为了解决上述技术问题。本专利技术的目的是提供一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料及其生产方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.93～1.0％；Si：05～0.6％；Mn：0.9～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％；Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质。一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料的生产方法，包括：冶炼、加热、轧制、空冷和热处理。进一步的，加热温度为1200℃；出炉温度不低于1100℃；轧制温度1080℃～1150℃，终轧温度930℃～950℃。进一步的，具体包括：1)铁水预处理：铁水中的硫含量≤0.05％；2)转炉冶炼：出钢C≥0.08％，出钢温度≥1600℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；3)LF炉精炼：LF精炼时控制炉渣碱度≥2.0，离位温度1490～1555℃；4)VD真空脱气：深真空脱气时间≥15min，真空脱气后软吹时间≥14min，软吹过程控制好氩气流量，防止钢液剧烈翻滚，出现卷渣现象；5)连铸：连铸过程采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用超弱冷配水，全程恒拉速操作，开启铸机电磁搅拌和轻压下，保证铸坯质量；6)钢坯加热：铸坯加热总时间≥2.5小时，其中加热炉预热段温度≤800℃，加热一段温度≤1200℃，加热二段温度1100～1300℃，均热段：1100～1260℃；7)轧制：铸坯经万能轧机轧制成钢轨，开轧温度控制在1080～1150℃，终轧温度930～950℃；8)空冷和热处理工艺为在线，具体为：加热到930℃保温40分钟，空冷至700℃～765℃后雾冷加风冷热处理冷至490℃～550℃后空冷，随后降低气雾强度使钢轨内部返温和冷却强度相均衡，钢轨温度维持在450-480℃一定时间出热处理线，钢轨出热处理线后自然空冷至室温。进一步的，所述步骤3)中钢水的化学成分重量百分比如下：C0.86～0.98％；Si0.58～0.68％；Mn0.85～1.10％；P≤0.020％；S≤0.025％；Cr:0.05～0.2％；Ni：0.05～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。进一步的，所述步骤7)中开轧温度为1140℃，终轧温度为935℃。进一步的，所述步骤8)中在线热处理总时间为110s。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本专利技术通过钢轨淬火可以大大提高钢轨使用寿命，延长大修周期，钢轨在线热处理工艺利用轧制余热在生产线上直接冷却钢轨，使其轨头硬化层得到细珠光体组织的一种高强度钢轨。有效增加奥氏体向珠光体转变的过冷度，获得片层间距更小的珠光体，使钢轨钢的强度和硬度提高；热处理方法生产成本低，质量好。适合于大规模生产，具有良好的推广价值。本专利技术的钢轨材料的抗拉强度≥1330MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。具体实施方式下面结合具体实施例子对本专利技术作进一步的详细说明，以便于更加清楚地了解本专利技术，(以下实施例子中的百分数均为重量百分数)上述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C：0.93～1.0％；Si：05～0.6％；Mn：0.9～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr:0.15～0.8％；Nb:0.01～0.05％；Ni:0.15～0.3％；Ce:0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质。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。该材料中所添加的主要合金元素Mn、Cr、Ni可提高钢轨强度和韧性，Mn在钢轨钢中是固溶强化元素，提高钢轨硬度和强度，降低珠光体的转变温度，从而降低珠光体片层间距，间接地提高钢轨的韧性和塑性。还可阻止先共析渗碳体的形成，并与s形成稳定MnS，降低S的危害作用。但当Mn含量小于0.50％时，上述作用不显著，当Mn含量超过1.50％时，会降低钢轨钢的韧性，并明显降低钢轨钢产生马氏体的临界冷速，在生产过程中因偏析，易形成马氏体和贝氏体等异常组织，从而增加钢轨断裂的危险。因此，Mn含量限制在0.50％到1.50％之间。Cr在钢轨钢中也是固溶强化元素，可提高钢轨钢的硬度和强度，降低珠光体的转变温度，细化珠光体片层间距，其强化作用与Mn相似。Cr的加入提高了钢轨钢铁素体基体的硬度，另外，Cr能置换渗碳体(Fe3C)中的Fe原子，形成合金渗碳体，从而明显强化渗碳体，增加钢轨钢的耐磨性。但当Cr含量小于0.15％时，钢轨钢强度增加不明显，当Cr含量超过1.20％时，产生马氏体的临界冷速明显降低，易形成贝氏体或马氏体组织，从而增加钢轨断裂的危险。因此，Cr含量控制在0.15到1.20％之间。当冷速在10C/s以下时，钢轨钢强度低，不能保证抗拉强度在1330MPa以上，当冷速在100C/s以上时，钢轨钢强度不能进一步增加。因此，冷速控制在10-100C/s之间，并在400～500℃时终止冷却。一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料及其生产方法，包括以下步骤：1)铁水预处理：铁水中的硫含量0.042％2)转炉冶炼：控制出钢C含量0.16％，出钢温度1610℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，对炉渣进行改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣避免有结坨现象；3)LF炉精炼：LF精炼时控制炉渣碱度≥2.1，离位温度1503℃；4)VD真空脱气：深真空脱气时间18min，真空脱气后软吹14min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。5)连铸：铸坯尺寸280mm×380mm，连铸过程采用保护浇铸，使用低铝保护渣和碱性覆盖剂，中包液位700mm以上。钢液相线温度1451℃，过热度ΔT：30℃，二冷段配水采用SWRH82B工艺，全程恒拉速操作，拉速0.62m/min，铸机电磁搅拌和轻压下使用正常，铸坯质量良好。6)钢坯加热：加热总时间2小时40分，各段加热时间和加热温度见表1。表1高强度、高硬度钢轨加热工艺预热段加热1段加热2段均热段加热时间25min...

【技术保护点】
1.一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.93～1.0％；Si：05～0.6％；Mn：0.9～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％；Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.93～1.0％；Si：05～0.6％；Mn：0.9～1.0％；P≤0.020％；S≤0.020％；Cr：0.15～0.3％；Nb：0.01～0.05％；Ni：0.15～0.5％；Ce：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨材料的生产方法，其特征在于，包括：冶炼、加热、轧制、空冷和热处理。


3.根据权利要求2所述的的生产方法，其特征在于，加热温度为1200℃；出炉温度不低于1100℃；轧制温度1080℃～1150℃，终轧温度930℃～950℃。


4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，具体包括：
1)铁水预处理：铁水中的硫含量≤0.05％；
2)转炉冶炼：出钢C≥0.08％，出钢温度≥1600℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；
3)LF炉精炼：LF精炼时控制炉渣碱度≥2.0，离位温度1490～1555℃；
4)VD真空脱气：深真空脱气时间≥15min，真空脱气后软吹时间≥14min，软吹过程控制好氩气流量，防止钢液剧烈翻滚，出现卷渣现象；
5)连铸：连铸过...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵桂英，涛雅，薛虎东，边影，郑瑞，董捷，王慧军，苏航，王嘉伟，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15