[发明专利]一种耐腐蚀过共析钢轨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐腐蚀过共析钢轨的制备方法，该方法包括以下步骤：制备钢轨铸坯；将钢轨铸坯轧制成钢轨；对轧制后的钢轨进行分段式冷却，轧制后的钢轨首先静置在空气中冷却，当钢轨轨顶面中心温度降至730～850℃时，对钢轨轨头喷吹冷却介质，使钢轨轨头以第一冷却速率加速冷却至650～750℃，然后再使钢轨轨头以第二冷却速率加速冷却至400～500℃，之后停止加速冷却，使钢轨继续在空气中冷却至室温。本发明还公开了一种通过上述方法制得的耐腐蚀过共析钢轨。本发明通过在过共析钢轨现有成分中添加抑制晶间腐蚀的Mo元素和细化钢轨组织的Nb元素，结合钢轨生产工艺，通过成分优化和组织调控提升了过共析钢轨的耐腐蚀性能，尤其是耐氯化物点蚀能力。

技术领域

本发明属于钢轨制造技术领域，确切地讲，具体涉及一种耐腐蚀过共析钢轨及其制备方法。

背景技术

钢轨腐蚀一直是制约铁路运输发展的关键问题之一。通常钢轨的使用设计年限为10年，但根据铁道部实际监测结果，我国钢轨的平均使用寿命约为5年。造成钢轨失效的一个主要原因就是钢轨腐蚀，尤其是钢轨轨底腐蚀，加之轮轨间频繁的应力作用使得钢轨从腐蚀坑处产生疲劳裂纹并引发钢轨失效。此外，北方冬季气候寒冷，煤炭、矿石等货物在运输过程中常使用主要成分为氯化物的防冻液来避免货物冻为一体。但防冻液在运输过程中易洒落在铺设的钢轨上，其中的Cl^-会加速钢轨腐蚀，尤其是轨底点蚀，因此北方冬季运输过程中钢轨腐蚀问题尤为突出。

提高钢轨耐蚀能力主要有三种方法：添加合金元素优化钢轨成分、钢轨表面涂层保护以及贴锌片等牺牲阳极的阴极保护法。其中，碳对钢轨的耐蚀性能有不利影响，含碳量越高，产生晶间腐蚀的倾向越大，同时氢腐蚀的孕育期缩短，因此钢的腐蚀过程在一定程度上受控于含碳量。然而，随着近年来铁路运输的高速发展，为了满足重载铁路对大轴重、高效率日益提升的运输需求，钢轨强硬度正逐步提升，发展至今已出现新日铁HE370、HE400和攀钢U95Cr等含碳量高的过共析钢轨。

下面对现有技术公开的耐腐蚀钢轨及其制备方法作简单地介绍。

中国专利CN107747021A公开了耐腐蚀高速铁路用钢轨及其生产方法。钢轨成分为：C：0.1～0.9％，Si：0.1～0.8％，Mn：0.15～1.2％；Cr：≤0.4％；V≤0.020％，Nb≤0.40％；S≤0.025％，P≤0.025％，余量为Fe及杂质。该发明所述工艺为在连铸钢轨外表面采用等离子熔覆铬铁合金的复合防腐层，通过涂覆技术提高钢轨的耐蚀性。然而，该发明要求在连铸坯介于800～1200℃下完成熔覆，操作技术难度大，且后期轧制过程无法保证镀层的完整性及与钢轨基体的结合能力。

中国专利CN107747040A公开了耐腐蚀高速铁路钢轨制备方法。该方法采用低S入炉铁水在高碱度精炼渣保护下精炼获得钢水，再在全程保护条件下完成连铸，连铸后钢坯进行缓冷和表面清理，之后钢坯重新加热并全断面除鳞，在钢坯表面喷涂主要成分为铬、镍、铝和碳元素的合金物质，再对钢坯进行轧制。本发明主要采用高温喷涂，利用合金防腐层对钢轨基地进行防锈保护，但工艺设计多种元素喷涂，难以保证涂层稳定性。

中国专利CN109112468B公开了氧化膜、耐腐蚀钢轨及该钢轨的制备方法。该发明将钢坯在氧化性气氛中加热至钢轨表面氧化铁皮易掉，经高压水除鳞后，置于开坯机轧制5～7道次，第一和第三道次采用大压下量轧制，然后进入万能轧机，进行粗轧、中轧和精轧后冷却。该发明提出通过提升钢轨表面氧化膜厚度以及Fe₃O₄占比来提升钢轨耐蚀性的方法，但该方法要求使用空气煤气作为氧化气氛对钢轨进行高温长时间加热，钢轨损耗较大且存在一定安全隐患。

中国专利CN109023126A公开了耐腐蚀高速铁路用钢轨生产方法。该方法利用钢轨轧制余热，对钢轨施加1～3℃/s的加速冷却操作，再利用钢轨热处理余热，对钢轨表面喷涂热熔铝液，通过铝液的涂层保护提升钢轨耐蚀性。然而，铝的硬度较低，与钢结合力差，在钢轨服役过程中涉及轮轨交互作用，因此难以实现长期防护。