[发明专利]一种重载铁路用百米定尺75kg/m在线热处理贝氏体钢轨的生产方法

说明书

本发明公开了一种重载铁路用百米定尺75kg/m在线热处理贝氏体钢轨的生产方法，包括：铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸→钢坯缓冷→钢坯加热→百米钢轨轧制→百米在线热处理→复合矫直→探伤→百米回火→500米焊接；本发明结合280mm×380mm大断面连铸、水风交替钢轨控制冷却机组、百米钢轨回火处理炉等设备，生产的百米75kg/m在线热处理贝氏体钢轨具有良好的强韧性、耐磨性、抗接触疲劳性能、焊接性、抗裂纹萌生和扩展能力。

技术领域

本发明涉及一种重载铁路用百米定尺75kg/m在线热处理贝氏体钢轨的生产方法。

背景技术

随着铁路重载运输技术的进步，我国铁路重载运输能力在不断提高，重载货车轴重在逐步提高，重载铁路具有轴重大、运量大、发车密度高等特点，例如2020年太原局大秦线通货量达5.5亿吨/年。重载铁路用钢轨的迅猛发展，对钢厂的钢轨材料强韧性、耐磨性和抗疲劳性能提出了更苛刻的要求。目前普遍使用的珠光体钢轨，由于其成分和组织结构的特点其强韧性基本发挥到极限，且冲击韧性、断裂韧性也较低，已逐渐无法完全满足重载铁路服役要求。

为了满足重载铁路用钢轨的需求，各国货运铁路普遍采用重型断面钢轨，我国重载货运线(如大秦线、神朔线等)均采用自主研发的75kg/m断面钢轨，以提升钢轨使用过程中的承载力和安全性。但随着运量的加大使得钢轨及焊接接头伤损日趋严重，特别是钢轨剥离掉块、钢轨母材脆性断轨、焊接接头断轨等的风险加大。因此为确保重载线路运输安全，提出生产百米75kg/m高强度热处理贝氏体钢轨，以提高重载线路安全性、平顺性；提高重载钢轨强韧性、耐磨性、抗接触疲劳性能和服役性能。

由于受到生产设备及技术等因素的限制，目前只有包钢具备百米定尺 75kg/m在线热处理贝氏体钢轨生产的条件。包括：使用280mm×380mm铸坯断面生产75kg/m断面钢轨，使用长度为190米的水风交替钢轨控制冷却机组，使用百米钢轨回火处理炉，使用500米钢轨焊接生产线等。结合以上设备生产的百米75kg/m在线热处理贝氏体钢轨具有良好的强度、塑性、冲击韧性、耐磨性、抗接触疲劳性能、焊接性。百米钢轨相对于75米钢轨，焊接成500米长轨条的时间由3小时降低至1小时，焊接接头由6个减少至4个，可极大的提高钢轨生产效率和焊接效率，对重载贝氏体钢轨的应用及发展意义重大。

北京特冶工贸有限责任公司提出了“曲线和重载钢轨用贝氏体钢和贝氏体钢轨及其生产方法”(公开号为CN101921971A)，获得钢轨的强度低，仅为1200～ 1300MPa，为热轧态贝氏体钢轨，且组织较粗大，生产中存在明显的马氏体偏析带，不满足曲线重载要求。鞍钢股份有限公司提出了“具有优异的抗疲劳性能的贝氏体组织的钢轨及其生产方法”(公开号为CN 1978690A)，采用“热轧后在空气中自然冷却”，必然会引起季节变化对冷速的影响，造成性能和组织不均匀，且在大秦线实际应用中，热轧态钢轨耐磨性较差，不满足线路服役要求。攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司提出了“一种高强度贝氏体钢轨及其生产方法”(公开号为CN104087852A)；虽然采用余热热处理工艺，450℃-500℃时采用3℃/S-6℃/S冷速对钢轨的轨头部位进行加速冷却，在此温度区间属于上贝氏体转变区间，造成组织粗化、性能较差，没有对钢轨不同温度进行温度精准控制，导致性能波动大，没有回火，马氏体比较脆。因生产设备和工艺的限制，所有关于贝氏体钢轨方面的专利，均未涉及百米定尺75kg/m在线热处理贝氏体钢轨的生产工艺和制作方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种重载铁路用百米定尺75kg/m在线热处理贝氏体钢轨的生产方法，本发明通过使用75kg/m断面钢轨来提高重载钢轨的使用寿命、承载力和安全性；通过在线热处理来提高钢轨的强度、硬度、韧性、耐磨性、抗接触疲劳性能等；通过百米定尺钢轨来减少线路焊接接头数量，提升焊接效率，提高线路安全性、平顺性，降低断轨风险。通过研究化学成分和性能作用机理，制定钢轨化学成分范围，结合大方坯连铸工艺、大方坯轧制工艺、百米大断面钢轨在线热处理工艺、百米钢轨回火处理工艺等，从而得到适合重载铁路用百米定尺75kg/m在线热处理贝氏体钢轨。