一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法技术

本发明专利技术提供一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法，经连铸后依次通过预热段、加热段和均热段对钢坯进行加热，其中，按照以下公式确定钢轨脱碳严重程度：DI＝(

【技术实现步骤摘要】
一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法


[0001]本专利技术涉及钢轨轧制
，具体涉及一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法。

技术介绍

[0002]钢轨作为铁路的走行部件，其质量的优劣、性能的高低严重制约着运输效率和行车安全，铁路运输速度的提升，对钢轨生产和品质提出了更高的要求。钢轨在制造过程中产生的脱碳现象不可避免，但钢轨表面产生脱碳层厚度直接影响着高速铁路轮轨关系匹配，导致接触应力变化，制约着行车安全，同时脱碳层厚度对钢轨的机械性能、表面硬度、耐磨性能等钢轨典型性能指标均产生影响。所以降低钢轨脱碳层厚度一直是各生产厂家和专家学者的研究热点之一。
[0003]钢轨脱碳是指钢轨铸坯在高温条件下，表层的碳原子由于热扩散的原理，从内部移至表面与加热炉内的氧化性气体发生作用，而导致钢表层一定范围内碳原子丢失的现象。钢轨脱碳从本质上说是加热过程钢中的碳元素与炉气中的氧、氧化物及水发生的化学反应。影响钢坯脱碳的因素很多，如氧化速度、钢坯的原始脱碳程度、钢种特性、加热温度、加热时间、加热炉内气氛、轧制速度及冷却工艺制度等，但在实际生产中，最主要的影响因素是钢轨钢种特性、加热炉温度、加热炉时间和加热炉内气氛。
[0004]目前，现有技术中为降低钢轨脱碳层厚度，主要通过控制步进式加热炉内气氛、加热温度、加热时间以及化学成分配比，来控制钢坯表面的脱碳程度，从而达到降低钢轨脱碳层的控制目的。
[0005]从化学成分配比角度来讲，就脱碳层突出问题，现有技术中还没有通过成分优化配比，以及控制各化学成分波动及其匹配关系的针对性实施方案。CN109023044B、专利技术名称为《控制重轨钢脱碳层深度的方法》的专利申请公开了在重轨钢成分中加入0.015wt％～0.025wt％的钛元素，并匹配合适的连铸控制工艺和加热工艺，从而达到降低钢轨脱碳层厚度的目的，但该专利申请仅通过添加适量的Ti元素，并未涉及C、Si、Mn、Cr、V、Cu等主要化学元素及其含量。
[0006]从改善钢坯加热参数角度来讲，鲜有通过分段式精准控制时间和温度来降低钢轨脱碳层的研究报道。CN109266830A、专利技术名称为《一种控制高碳钢轨脱碳层深度的加热生产方法》的专利申请公开了钢轨铸坯采用冷装工艺，加热过程包含预热段、加热段和均热段，预热段温度不高于900℃，加热段温度介于1050℃
‑
1180℃之间，均热段温度介于1130℃
‑
1180℃，实现碳含量在0.74％
‑
0.79wt％的高碳钢轨踏面脱碳层深度小于0.5mm。该专利申请仅涉及C含量范围、加热炉各段温度控制范围，但没有提及预热段、加热段和均热段的精准控制时间，也没有涉及脱碳程度系数DI的优化。
[0007]CN104878177A、专利技术名称为《一种能降低钢轨脱碳层深度的轧制工艺》的专利申请公开了连铸坯加热采用步进式加热炉，其中预热段温度﹤900℃，加热段温度为1160℃～1260℃，均热段温度为1220℃～1250℃，热炉两侧热电偶温差≤30℃，加热时间为3.5～4.0h，将钢轨表面脱碳层深度控制在0.18～0.41mm之间。该专利仅涉及各加热段温度控制
区间及总时间，并未涉及成分匹配与加热温度、时间的协同控制脱碳方法。
[0008]CN102399959A、专利技术名称为《一种减小钢轨脱碳层厚度的方法》的专利申请公开了依次对钢坯进行加热、开坯轧制和万能轧制的步骤，加热步骤将钢坯的温度加热至1220℃～1250℃的范围内，加热时间不大于7小时，并且在加热步骤中，在钢坯温度不大于800℃时，将空气过剩系数控制为1.10～1.15，在钢坯温度为800℃～1200℃时，将空气过剩系数控制为0.95～1.00，在钢坯温度不小于1200℃时，将空气过剩系数控制为0.90～0.95，将所述万能轧制步骤的压缩比控制为2.70～2.75，达到将钢轨的脱碳层厚度减小至0.50mm以下的目的。该专利申请仅涉及各加热段的控制温度和空气过剩系数，并未提到成分配比和各加热段的精准控制时间。
[0009]因此，现有技术中针对降低钢轨脱碳层的方法主要集中在钢坯加热炉温度控制，并未涉及系统综合考虑对脱碳利害的加热参数、各段精准时间、温度控制以及各加热段空气过剩系数对钢轨脱碳层的影响及控制技术。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]本专利技术提供了一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法，经连铸后依次通过预热段、加热段和均热段对钢坯进行加热，其中，按照以下公式确定钢轨脱碳程度系数DI：
[0013]DI＝(
‑
3.19+0.001919[t
总
]+0.00936[t
均热段
]+0.002767[T
均热段
])/0.02
[0014]式中：
[0015]t
总
为钢坯经历预热段、加热段和均热段后在加热炉内的总时间，单位为min；
[0016]t
均热段
为均热段时间，单位为min；
[0017]T
均热段
为均热段温度，单位为℃。
[0018]进一步地，脱碳程度系数DI为24
‑
52。
[0019]进一步地，预热段时间为30
‑
80min，预热段温度为540
‑
800℃；加热段时间为120
‑
180min，加热段温度为990
‑
1200℃；均热段时间为10
‑
30min，均热段温度为1150
‑
1250℃。
[0020]进一步地，预热段空气过剩系数为1.05
‑
1.20，加热段空气过剩系数为0.90
‑
1.05，均热段空气过剩系数为0.85
‑
1.00。
[0021]进一步地，所述钢轨的化学成分为：C：0.60
‑
1.10质量％、Si：0.48
‑
0.85质量％、Mn：0.70
‑
1.20质量％、Nb：0.01
‑
0.03质量％、V：0.01
‑
0.05质量％、Co：0.03质量％以下，其余为Fe、残余元素以及一般杂质。
[0022]进一步地，经连铸后采用步进式加热炉对钢坯进行加热。
[0023]进一步地，还包括将钢坯在线轧制成钢轨。
[0024]进一步地，还包括对钢轨进行在线热处理，在线热处理工序包括：
[0025]将终轧后的有余热的钢轨空冷至820
‑
890℃，然后对钢轨轨头实施压缩气剂混合气冷却，当将钢轨轨头冷却至400
‑
560℃时，将钢轨空冷至室温。
[0026]进一步地，钢轨轨头的冷却速率为1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法，其特征在于，经连铸后依次通过预热段、加热段和均热段对钢坯进行加热，其中，按照以下公式确定钢轨脱碳程度系数DI：DI＝(
‑
3.19+0.001919[t
总
]+0.00936[t
均热段
]+0.002767[T
均热段
])/0.02式中：t
总
为钢坯经历预热段、加热段和均热段后在加热炉内的总时间，单位为min；t
均热段
为均热段时间，单位为min；T
均热段
为均热段温度，单位为℃。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱碳程度系数DI为24
‑
52。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预热段时间为30
‑
80min，预热段温度为540
‑
800℃；加热段时间为120
‑
180min，加热段温度为990
‑
1200℃；均热段时间为10
‑
30min，均热段温度为1150
‑
1250℃。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预热段空气过剩系数为1.05
‑
1.20，加热段空气过剩系数为0.90

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大巍，邓勇，袁俊，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：