[發(fā)明專利]一種降低鋼軌脫碳層厚度的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111101690.6
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113789433A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊大巍;鄧勇;袁俊;汪淵
• 申請（專利權(quán)）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C21D6/00
• 分類號: C21D6/00;C21D9/04;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/18
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 楊帆;李紅蕭

本發(fā)明提供了一種降低鋼軌脫碳層厚度的方法，按照以下公式確定鋼軌脫碳程度系數(shù)DI：DI＝(4.61[％C]+2.62[％Si]?2.25[％Mn]?3.78[％Cr])/0.5，式中：[％C]為鋼軌中C元素的質(zhì)量含量；[％Si]為鋼軌中Si元素的質(zhì)量含量；[％Mn]為鋼軌中Mn元素的質(zhì)量含量；[％Cr]為鋼軌中Cr元素的質(zhì)量含量；其中，脫碳程度系數(shù)DI與[％C]+[％Si]+[％Mn]+[％Cr]的值之間滿足預(yù)定的匹配關(guān)系。本發(fā)明通過對影響脫碳的C、Si、Mn、Cr等主要化學(xué)元素的添加量進行優(yōu)化，并且將[％C]+[％Si]+[％Mn]+[％Cr]的值與脫碳程度系數(shù)DI進行匹配，建立各加熱段精準化的加熱溫度、加熱時間、加熱爐內(nèi)空氣過剩系數(shù)，從而使鋼軌脫碳層厚度顯著降低，同時強韌性匹配和耐磨損性能得到提高，采用本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品獲得更加優(yōu)異線路服役性能，更適用于高速鐵路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼軌軋制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低高速鐵路鋼軌脫碳層厚度的方法。

背景技術(shù)

鋼軌作為鐵路的走行部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣、性能的高低嚴重制約著運輸效率和行車安全，鐵路運輸速度的提升，對鋼軌生產(chǎn)和品質(zhì)提出了更高的要求。鋼軌在制造過程中產(chǎn)生的脫碳現(xiàn)象不可避免，但鋼軌表面產(chǎn)生脫碳層厚度直接影響著高速鐵路輪軌關(guān)系匹配，導(dǎo)致接觸應(yīng)力變化，制約著行車安全，同時脫碳層厚度對鋼軌的機械性能、表面硬度、耐磨性能等鋼軌典型性能指標均產(chǎn)生影響。因此，降低高速鐵路鋼軌脫碳層厚度一直是各生產(chǎn)廠家和專家學(xué)者的研究熱點之一。

鋼軌脫碳是指鋼軌鑄坯在高溫條件下，表層的碳原子由于熱擴散的原理，從內(nèi)部移至表面與加熱爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生作用，而導(dǎo)致鋼表層一定范圍內(nèi)碳原子丟失的現(xiàn)象。鋼軌脫碳從本質(zhì)上說是加熱過程鋼中的碳元素與爐氣中的氧、氧化物及水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，影響鋼坯脫碳的因素很多，如氧化速度、鋼坯的原始脫碳程度、鋼種特性、加熱溫度、加熱時間、加熱爐內(nèi)氣氛、軋制速度及冷卻工藝制度等，但在實際生產(chǎn)中，最主要的影響因素是鋼軌鋼種特性、加熱爐溫度、加熱爐時間和加熱爐內(nèi)氣氛。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中為降低高速鐵路鋼軌脫碳層厚度，主要通過控制步進式加熱爐內(nèi)氣氛、加熱溫度、加熱時間以及化學(xué)成分配比，來控制鋼坯表面的脫碳程度，從而達到降低鋼軌脫碳層的控制目的。

從化學(xué)成分配比角度來講，就脫碳層突出問題，現(xiàn)有技術(shù)還沒有通過成分優(yōu)化配比，以及控制各化學(xué)成分波動及其匹配關(guān)系的針對性實施方案。CN109023044B、發(fā)明名稱為《控制重軌鋼脫碳層深度的方法》的專利申請公開了在重軌鋼成分中加入0.015wt％～0.025wt％的鈦元素，并匹配合適的連鑄控制工藝和加熱工藝，從而達到降低鋼軌脫碳層厚度的目的，但該專利申請僅通過添加適量的Ti元素，未涉及C、Si、Mn、Cr等主要化學(xué)元素及其含量。

從改善鋼坯加熱參數(shù)角度來講，鮮有通過分段式精準控制時間和溫度來降低鋼軌脫碳層的研究報道。CN109266830A、發(fā)明名稱為《一種控制高碳鋼軌脫碳層深度的加熱生產(chǎn)方法》的專利申請中公開了鋼軌鑄坯采用冷裝工藝，加熱過程包含預(yù)熱段、加熱段和均熱段，預(yù)熱段溫度不高于900℃，加熱段溫度介于1050℃-1180℃之間，均熱段溫度介于1130℃-1180℃，實現(xiàn)碳含量在0.74％-0.79wt％的高碳鋼軌踏面脫碳層深度小于0.5mm。該專利申請僅涉及C含量范圍、加熱爐各段溫度控制范圍，尚未提及各加熱段精準控制時間。

CN104878177A、發(fā)明名稱為《一種能降低鋼軌脫碳層深度的軋制工藝》的專利申請中公開了連鑄坯加熱采用步進式加熱爐，其中預(yù)熱段溫度﹤900℃，加熱段溫度為1160℃～1260℃，均熱段溫度為1220℃～1250℃，熱爐兩側(cè)熱電偶溫差≤30℃，加熱時間為3.5～4.0h，將鋼軌表面脫碳層深度控制在0.18～0.41mm之間。該專利僅涉及各加熱段溫度控制區(qū)間及總時間，并未涉及成分匹配與加熱溫度、時間的協(xié)同控制脫碳方法。