[發明專利]一種具有抗延遲斷裂性能的鋼軌及其制備方法

在審

• 申請號: 202011092028.4
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112301200A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 楊大巍;鄧勇;鄒明;陳崇木
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00;C21C7/06;C21C7/10;C21D6/00;C22C33/04;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/28
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及鋼軌制備技術領域，公開了一種具有抗延遲斷裂性能的鋼軌及其制備方法。該方法包括爐料經過轉爐冶煉或電爐冶煉成鋼液、無鋁脫氧、LF精煉、RH真空處理或VD真空處理、鋼液連鑄成鋼坯、鋼坯連續冷卻、鋼坯入加熱爐加熱、鋼坯在線軋制成鋼軌、在線熱處理和后處理；在線熱處理包括利用終軋余熱對鋼軌軌頭和軌腰進行壓縮空氣冷卻，冷卻速率控制在2.6?4.2℃/s；鋼軌軌頭冷卻初始溫度控制在830?880℃，鋼軌軌頭冷卻溫度低于500℃時鋼軌空冷至室溫。該方法制備的鋼軌軌頭平均珠光體片層間距得到顯著減小，鋼軌氫含量得到一定程度降低，裂紋擴展速率和軌頭沖擊韌性得到優化，鋼軌抗延遲斷裂性能得到明顯提升。

技術領域

本發明涉及鋼軌制備技術領域，具體涉及一種具有抗延遲斷裂性能的鋼軌及其制備方法。

背景技術

高速重載鐵路的發展對鋼軌綜合服役性能提出了更高要求。隨著對行車安全的進一步要求，鋼軌服役中的異常疲勞、過度磨損以及突發斷裂等現象已被嚴格約束。我國既有客貨混運鐵路及重載鐵路主要以珠光體熱軋及熱處理鋼軌為主，而在競爭激烈的現有技術中，各制造商主要采用微合金化、熱處理以及合金化+熱處理三種方式來提高珠光體鋼軌綜合性能，但通過對連鑄坯在線實施連續冷卻用以提升鋼軌抗延遲斷裂性能技術鮮有報道。

鋼軌延遲斷裂現象的產生是由于鋼軌內部的氫向應力集中的部位擴散聚集，應力集中部位的金屬缺陷較多(位錯、空穴等)，氫擴散到這些位置后，氫離子合成氫原子，氫原子合成氫分子，產生巨大壓力，這個壓力與材料內部的殘余應力形成合力，當合力超過材料的屈服極限時，就會導致局部斷裂發生。在輪軌系統中，鋼軌作為支撐件，承受著動態變化的垂向力、縱向力以及剪切力，當鋼軌材料內部已形成氫裂紋時，在綜合外向力的作用下，極易形成鋼軌垂向斷裂，嚴重影響著行車安全。

為了降低氫致裂紋及其鋼軌斷裂產生風險，鋼軌材料必須具備高強韌性、晶粒細致、鋼軌軌頭性能均質、成品H含量低、鋼軌夾雜物彌散分布等性能組織特點。因此，急需提供一種具有抗延遲斷裂性能的鋼軌的制備方法用以改善鋼軌的抗延遲斷裂性能。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的大多數技術都是為了提高珠光體熱軋鋼軌的綜合性能，用以提升鋼軌抗延遲斷裂性能的技術鮮有報道的問題，提供一種具有抗延遲斷裂性能的鋼軌及其制備方法，該方法制備的鋼軌軌頭平均珠光體片層間距得到顯著減小，鋼軌氫含量得到一定程度降低，裂紋擴展速率和軌頭沖擊韌性得到優化，鋼軌抗延遲斷裂性能得到明顯提升。

為了實現上述目的，本發明一方面提供了一種具有抗延遲斷裂性能的鋼軌的制備方法，該方法包括爐料經過轉爐冶煉或電爐冶煉成鋼液、無鋁脫氧、LF精煉、RH真空處理或VD真空處理、鋼液連鑄成鋼坯、鋼坯連續冷卻、鋼坯入加熱爐加熱、鋼坯在線軋制成鋼軌、在線熱處理和后處理；

其中，鋼坯連續冷卻過程包括以下步驟：

(1)第一階段冷卻：對表面溫度為830-900℃的鋼坯進行第一階段冷卻，并以0.3-1.3℃/s的冷卻速率將鋼坯冷卻至表面溫度為350-500℃；

(2)第二階段冷卻：對表面溫度為350-500℃的鋼坯進行第二階段冷卻，并以0.2-1℃/s的冷卻速率將鋼坯冷卻至表面溫度為150-250℃；

(3)第三階段冷卻：對表面溫度為150-250℃的鋼坯進行第三階段冷卻，并以0.1-0.8℃/s的冷卻速率將鋼坯冷卻至表面溫度為50-150℃；

在線熱處理包括利用終軋余熱對鋼軌軌頭和軌腰進行壓縮空氣冷卻，冷卻速率控制在2.6-4.2℃/s；鋼軌軌頭冷卻初始溫度控制在830-880℃，鋼軌軌頭冷卻溫度低于500℃時鋼軌空冷至室溫。