一种微钛过共析钢轨及其制备方法技术

本发明专利技术涉及过共析钢轨制备技术领域，公开了一种微钛过共析钢轨及其制备方法。该方法包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、保护浇铸、冷却、加热炉加热、轧制、热处理和后处理；其中，在RH真空处理过程中，控制真空处理时间≥20min，真空度≤300Pa的处理时间≥15min；并且，在RH真空处理过程中，根据钢液中氮的含量，添加20

【技术实现步骤摘要】
一种微钛过共析钢轨及其制备方法


[0001]本专利技术涉及过共析钢轨制备
，具体涉及一种微钛过共析钢轨及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国铁路从上世纪80年代开始发展重载运输，起步较晚但发展迅速。自2006年以来，随着大秦线2万吨组合列车的大量开行及23t轴重通用货车在全路推广使用，我国铁路的重载运输已形成两种主要模式：
①
在重载运煤专线大秦线及其相邻衔接线路上开行万吨单元列车和万吨、2万吨组合列车；
②
在京广、京沪、京哈、陇海等既有主要繁忙干线上开行一万吨级的整列式重载列车。随着我国铁路的发展，重载运输技术有待进一步推广。
[0003]未来我国铁路主要以“客运高速”，“货运重载”为中国铁路建设新重点。主要方向是：一是专用货运重载铁路改造和新建；二是“四纵四横”客运专线逐步建成后，既有的客货混运铁路将逐步改造为重载铁路、以货运为主。
[0004]目前，我国重载线路主要有大秦线重载铁路、山西中南部铁路通道和神华集团铁路。三条重载铁路均为煤运专列，列车轴重≥25吨，年运量≥1亿吨以上。三条线路均由产煤重点，沿山林运至中国东部及沿海区域，山地线路曲线半径大部分均≤800m。大轴重和小半径曲线对钢轨使用性能要求较高，跟换频次也较高。以目前应用最好的U78CrV(R)75kg/m钢轨为例，曲线半径通常使用周期为2年，直线路线常成≥5年。
[0005]列车轨道需要经常维修和大修，确保行车安全、平稳，按规定的速度运行。重载运输条件下的轨道与一般轨道相比，从国外来看，承受列车轴重由原来的10多吨增加到25t，以致最大达到35t；列车牵引总重，从原来的1000多吨增加到最大数万吨。因此加剧轨道部件的损坏、道床残余变形的积累，严重影响行车安全。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的现有的重载铁路钢轨的使用寿命较短，严重影响行车安全的问题，提供一种微钛过共析钢轨及其制备方法，该方法通过合理控制RH真空处理的条件以及根据钢液中的氮含量添加适量的钛铁，使制备的微钛过共析钢轨的强度和韧性指标得到提高的同时，使用寿命也得到大幅度提高，能够满足轴重大于25吨、曲线半径小于800m重载铁路线路的使用需求。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种微钛过共析钢轨的制备方法，该方法包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、保护浇铸、冷却、加热炉加热、轧制、热处理和后处理；
[0008]其中，在RH真空处理过程中，控制真空处理时间≥20min，真空度≤300Pa的处理时间≥15min；并且，在RH真空处理过程中，根据钢液中氮的含量，添加20-60kg钛铁，具体添加过程为：当钢液中氮的含量为20-25ppm时，添加60kg钛铁；当钢液中氮的含量为25-30ppm时，添加50kg钛铁；当钢液中氮的含量为30-35ppm时，添加40kg钛铁；当钢液中氮的含量为
35-40ppm时，添加30kg钛铁；当钢液中氮的含量为40-45ppm时，添加20kg钛铁；
[0009]所述轧制过程采用11-15道次轧制；所述热处理过程利用轧制余热以1-4℃/s的冷却速度进行强制冷却。
[0010]优选地，在加热炉加热过程中，钢坯加热温度为1230-1280℃；均热段保温时间为150-240min。
[0011]优选地，所述后处理包括矫直、探伤和加工。
[0012]本专利技术另一方面提供了一种前文所述的方法制备的微钛过共析钢轨，以所述微钛过共析钢轨的总重量为基准，所述微钛过共析钢轨含有0.8-1.2重量％的C、0.1-0.8重量％的Si、0.4-1.3重量％的Mn、0.002-0.02重量％的P、0.001-0.7重量％的Cr、0.001-0.12重量％的V、0.001-0.004重量％的Al、余量的Fe和S以及不可避免的杂质。
[0013]优选地，所述微钛过共析钢轨中氢的含量≤2ppm。
[0014]优选地，所述微钛过共析钢轨中氧的含量≤20ppm。
[0015]优选地，所述微钛过共析钢轨中氮的含量≤60ppm。
[0016]优选地，所述微钛过共析钢轨中氮的含量≤45ppm。
[0017]优选地，所述微钛过共析钢轨中Mo的含量为0.01-0.02重量％。
[0018]优选地，所述微钛过共析钢轨中Sn的含量为0.001-0.02重量％。
[0019]优选地，所述微钛过共析钢轨中Cu的含量为0.05-0.15重量％。
[0020]优选地，所述微钛过共析钢轨中As的含量为0.01-0.02重量％。
[0021]本专利技术通过合理控制RH真空处理的条件，根据钢液中的氮含量添加适量的钛铁，并配合保护浇铸、钢坯奥氏体均匀化、11-15道次轧制以及利用轧制余热施加1-4℃/s的强制冷却风压，使制备的微钛过共析钢轨的强度和韧性指标得到提高的同时，使用寿命也得到大幅度提高，能够满足轴重大于25吨、曲线半径小于800m重载铁路线路的使用需求。
[0022]本专利技术得到的微钛过共析钢轨圆角下5-15mm抗拉强度≥1450MPa，延伸率≥12％，-20℃低温断裂韧性≥38MPa
×
m
0.5
。疲劳裂纹扩展速率在ΔK＝10MPa
×
m
0.5
时，da/dn≤8m/Gc，ΔK＝13.5MPa
×
m
0.5
时，da/dn≤22m/Gc，特别适宜轴重大于25吨曲线半径小于800m重载铁路线路。
附图说明
[0023]图1是拉伸和金相试样取样位置示意图；
[0024]图2是断裂韧性试样取样位置示意图；
[0025]图3是疲劳裂纹扩展速率试样取样位置示意图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0027]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0028]专利技术人发现：
①
现有珠光体类钢轨，因生产工艺和材料限制，最大抗拉强度为1380MPa，很难进一步提高强度，满足高强线路使用要求。通过提高钢轨碳含量至0.8-1.2％，并辅以Si、Mn、Cr、V等合金进行精确调控，可以得到过共析钢轨。
[0029]②
钢中存在的微量细小的TiN，主要在MnS富集具体，细化MnS夹杂。同时，Ti(N，C)呈弥散分布时，既能起到氢陷阱的作用，大幅提高钢轨的安全使用寿命；又能起到抵抗位错运行，起到弥散强化的作用，提高钢轨屈服强度和韧性，最后提高钢轨的疲劳使用寿命。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微钛过共析钢轨的制备方法，其特征在于，该方法包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、保护浇铸、冷却、加热炉加热、轧制、热处理和后处理；其中，在RH真空处理过程中，控制真空处理时间≥20min，真空度≤300Pa的处理时间≥15min；并且，在RH真空处理过程中，根据钢液中氮的含量，添加20-60kg钛铁，具体添加过程为：当钢液中氮的含量为20-25ppm时，添加60kg钛铁；当钢液中氮的含量为25-30ppm时，添加50kg钛铁；当钢液中氮的含量为30-35ppm时，添加40kg钛铁；当钢液中氮的含量为35-40ppm时，添加30kg钛铁；当钢液中氮的含量为40-45ppm时，添加20kg钛铁；所述轧制过程采用11-15道次轧制；所述热处理过程利用轧制余热以1-4℃/s的冷却速度进行强制冷却。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热炉加热过程中，钢坯加热温度为1230-1280℃；均热段保温时间为150-240min。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述后处理包括矫直、探伤和加工。4.权利要求1-3中任意一项所述的方法制备的微钛过共析钢轨，其特征在于，以所述微钛过共析钢轨的总重量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊，邹明，邓勇，陈崇木，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：