[发明专利]一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法

说明书

本发明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＝(‑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℃。通过采用本发明的制备具有低脱碳层的钢轨的方法，钢轨轨头标准位置脱碳层厚度明显降低，远低于对比例；钢轨标准位置抗拉强度更优；钢轨标准位置表面硬度值更高；同等条件下钢轨标准位置具有更高的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及钢轨轧制技术领域，具体涉及一种制备具有低脱碳层的钢轨的方法。

背景技术

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。

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。

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。

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、发明名称为《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。

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、发明名称为《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。

CN104878177A、发明名称为《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。