[发明专利]一种提高钢轨耐腐蚀断裂能力的方法及由此生产的钢轨

说明书

本发明公开了一种提高钢轨耐腐蚀断裂能力的方法，该方法包括以下步骤：对热轧后余热钢轨进行在线热处理，余热钢轨静置空气中冷却，当钢轨轨底面中心温度达到700～850℃时，对钢轨轨腰和轨底喷吹冷却介质以使轨腰和轨底以不同的冷却速度加速冷却不同的时间，之后停止加速冷却，使钢轨在空气中继续冷却至室温。本发明还公开了一种通过上述方法制备出的耐腐蚀钢轨。本发明通过对热轧后余热钢轨进行轨腰和轨底加速冷却热处理来细化钢轨轨底珠光体组织，从而提升钢轨轨底耐腐蚀断裂能力。

技术领域

本发明属于钢轨制造技术领域，确切地讲，具体涉及一种提高钢轨耐腐蚀断裂能力的方法及由此生产的钢轨。

背景技术

不论高速铁路还是重载线路，钢轨腐蚀都是至关重要的一个研究领域。与其他钢轨部位腐蚀相比，钢轨轨底腐蚀引起的钢轨开裂直接影响铁路运输效率和安全性。大气中干湿环境交替、空气中的SO₂、H₂S等污染物质、沿海和隧道中Cl^-以及杂散电流等多种因素均能促进钢轨轨底发生腐蚀，尤其是点蚀。而钢轨轨底一旦形成点蚀坑后在轮轨应力作用下就容易产生疲劳裂纹，随着进一步的裂纹合并和扩展，引发钢轨开裂。目前防止钢轨腐蚀的方法主要有三种，包括优化钢轨成分组织、表面涂层和阴极保护法。其中涂层和阴极保护法因为工艺和成本等问题无法实现广泛应用，但在钢轨成分组织优化方面，已有宝武钢U68CuCr耐蚀轨产品试用于客运海底隧道高速铁路。

珠光体钢轨微观组织与耐腐蚀性能存在一定的对应关系。钢轨成分不变时，钢轨组织越细化，钢轨耐点蚀和抗裂纹扩展能力越强。而细化钢轨组织最常用两种手段即为成分优化和热处理工艺。热处理工艺主要是使钢轨在奥氏体状态下采用加速冷却通过珠光体相变区，增大相变过冷度来实现细化钢轨组织的方法。通过热处理后钢轨片层组织得到细化，提升了钢轨耐腐蚀断裂的能力。

下面对相关现有技术作简单介绍。

中国专利CN112501417A公开了一种重载铁路用钢轨及其制备方法，该方法利用对热轧余热钢轨轨头下颚进行加速冷却，通过细化珠光体片层间距来实现提高钢轨下颚部位强韧性的效果，该方法生产的钢轨在热轧后开展热处理，开冷温度650～800℃，加速冷却速率1.5～2.5℃/s，温度降至380～420℃后停止冷却。该发明主要针对的是提升钢轨下颚部位的强韧性，但线路腐蚀涉及最多的为钢轨轨底。

中国专利CN111607738A公开了一种耐腐蚀高强度珠光体钢轨及其制备方法。该方法生产的钢轨成分为：C：0.65～0.80％，Si：0.45～0.85％，Mn：1.0～1.5％；S≤0.020％，P≤0.020％，Cr：0.68～0.95％，Nb：0.03～0.06％，Cu：0.8～1.6％，B：0.002～0.006％，余量为Fe及杂质。钢轨经过铁水预处理、转炉冶炼、精炼、真空处理、连铸、轧制、在线热处理等工艺制得，该方法通过细化钢轨片层间距至90～120nm来提升钢轨耐腐蚀性能。然而，该方法针对特定钢轨成分设计热处理工艺，该钢轨合金含量高，生产成本高，不具有普遍适用性。

中国专利CN111172357A公开了一种提高钢轨表面氧化膜中Fe₃O₄比例的方法。该发明通过热处理工艺控制，提升钢轨表面氧化膜中Fe₃O₄比例，所得Fe₃O₄成分比例高达59％以上，从而显著提升钢轨耐腐蚀性能。但该方法无法保证氧化膜与基体贴合度，容易产生脱落引发局部腐蚀。

中国专利CN111020378A公开了一种耐隧道环境腐蚀钢轨，该钢轨成分要求：C：0.62～0.74％，Si：0.35～0.65％，Mn：0.80～1.00％，Cu：0.38～0.48％，Cr：0.20～0.45％，Ni：0.15～0.25％，Mo≤0.20％，S≤0.025％，P≤0.035％，Al≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。钢轨经过特定生产工艺后具有良好的强度和耐腐蚀性能。该方法主要通过钢轨成分优化实现钢轨耐蚀性提升，但该钢轨合金含量高，成本相对高。