耐擦伤的钢轨及其生产方法与流程

本发明属于铁路用钢轨生产技术领域，具体涉及一种耐擦伤的钢轨及其生产方法。

背景技术：

目前，铁路用钢轨主要是碳含量为0.7～1.1％高碳钢轨，其主要要求的性能有强度≥880mpa的高强钢轨以及耐磨性能优良等。但现有的铁路用钢轨主要针对的是平原地区，针对高原地区，如川藏铁路线，由于因其长上坡和长下坡的地形条件、全年温差和昼夜温度大等特殊的自然条件，对钢轨耐疲劳性能提出更高要求。长上坡大牵引力状态下的高耐疲劳性能和长下坡大制动条件的高耐疲劳性能，最大坡度达到3％。列车在长期的牵引力和制动力条件下，钢轨表层会形成局部升温，因此钢轨表层金相组织能否具备足够的稳定性就至关重要。

目前，常规的钢轨表面凹坑深度≤0.5mm，钢轨脱碳层深度要求≤0.5mm，钢轨轨头性能尽量一致性。但这种钢轨还无法满足长坡道轨道的要求。针对川藏线这种长坡道的环境，多是采用大制动或者在车轮喷洒沙子制动，本发明拟通过提供一种耐擦伤性能强的钢轨，以满足长坡道轨道对制动的高要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：针对长上坡、下坡等轨道的要求，提供一种强韧性更高、同时耐擦伤性能更强的耐擦伤的钢轨及其生产方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种耐擦伤的钢轨，其化学成分包括：按重量百分比计，c：0.4～0.65％，si：0.1～0.6％，mn：0.5～1.1％，p≤0.030％，s≤0.025％，cr：0.1～0.3％，余量为fe和不可避免的杂质。

优选的，上述耐擦伤的钢轨中，其化学成分包括：按重量百分比计，c：0.4～0.65％，si：0.3～0.45％，mn：0.5～1.0％，p≤0.020％，s≤0.015％，cr：0.1～0.2％，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种上述耐擦伤的钢轨的生产方法，包括以下步骤：

a、对冶炼浇铸后的钢坯再次加热，加热温度为1230～1300℃，加热时间≥300min，加热炉空燃比为0.9～1.3；

b、加热后，仅对钢坯下表面采用高压水除磷，除磷后进行轧制；

c、对步骤b轧制后的钢轨，轨头以2～6℃/s的速度进行冷却至400～600℃，轨头踏面中心以0.5～4℃/s的速度进行冷却至450～650℃。

其中，上述耐擦伤的钢轨的生产方法中，步骤b所述高压水除磷的压力为18～20mpa。

其中，上述耐擦伤的钢轨的生产方法中，步骤b所述轧制过程中开轧温度为1000～1150℃。

其中，上述耐擦伤的钢轨的生产方法中，步骤b所述轧制采用7机架万能轧机轧制，轧制道次为10～15道次。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种耐擦伤的钢轨及其生产方法，通过对钢轨内部基体采用中碳+微合金+在线热处理工艺，基体强度和韧性均大幅提高，有助于钢轨承受轮轨的苛刻使用条件，特别适合于大坡道线路用钢轨。同时，本发明钢轨表面有0.5～1.0mm的凹坑，基体内部抗拉强度≥1000mpa，延伸率≥15％，脱碳层深度介于0.5～1.0mm。钢轨踏面、两侧因存在凹坑，摩擦系数增加。同时钢坯采用高温长时间高氧含量，钢轨表层脱碳层因材质较软，具备良好的耐擦伤性能。

具体实施方式

本发明提供了一种耐擦伤的钢轨，其化学成分包括：按重量百分比计，c：0.4～0.65％，si：0.1～0.6％，mn：0.5～1.1％，p≤0.030％，s≤0.025％，cr：0.1～0.3％，余量为fe和不可避免的杂质。

优选的，上述耐擦伤的钢轨中，其化学成分包括：按重量百分比计，c：0.4～0.65％，si：0.3～0.45％，mn：0.5～1.0％，p≤0.020％，s≤0.015％，cr：0.1～0.2％，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种上述耐擦伤的钢轨的生产方法，包括以下步骤：

a、对冶炼浇铸后的钢坯再次加热，加热温度为1230～1300℃，加热时间≥300min，加热炉空燃比为0.9～1.3；

b、加热后，仅对钢坯下表面采用高压水除磷，除磷后进行轧制；

c、对步骤b轧制后的钢轨，轨头以2～6℃/s的速度进行冷却至400～600℃，轨头踏面中心以0.5～4℃/s的速度进行冷却至450～650℃。

本发明的加热炉气氛环境通过空燃比进行调节，通过控制空气输入量，调节气氛。空气输入量偏高，煤气完全燃烧，还剩部分氧气，则为氧化气氛。空气输入不足，煤气不完全燃烧，燃烧尾气会含有co，气氛为还原性气氛。对于通常钢坯加热而言，最好为还原性气氛，保证钢坯表面低脱碳层要求。本发明通过将空燃比设置为0.9～1.3，炉内为氧化性气氖，能够使钢坯长时间在高氧含量的条件下加热，提高钢轨表层的脱碳层厚度，钢轨表层脱碳层因材质较软，耐摩擦性能更好。本发明提高了钢轨表层的脱碳层厚度，钢轨耐磨性能更好。

本发明为了增加钢轨表面的摩擦力，通过提高加热温度、延长加热时间，提高了钢坯轧制前的氧化皮厚度。

其中，上述耐擦伤的钢轨的生产方法中，步骤b所述高压水除磷的压力为18～20mpa。本发明的除磷步骤增加了高压水枪的强度，普通的压力为16mpa～18mpa，本发明采用更大的压力，既可以高效除磷，同时适当减低钢坯开轧温度，提高过冷度，细化晶粒。

其中，上述耐擦伤的钢轨的生产方法中，步骤b所述轧制过程中开轧温度为1000～1150℃。

其中，上述耐擦伤的钢轨的生产方法中，步骤b所述轧制采用7机架万能轧机轧制，轧制道次为10～15道次。

钢坯加热后，仅在一面进行喷水除磷，其余部分保留氧化皮，随钢坯同时轧制，增加钢轨表面的凹坑深度，由≤0.5mm提高至0.5～1.0mm。

同时，由于高加热温度和长加热时间，钢坯表面脱碳严重，表层硬度降低，韧性提高，耐擦伤性能提高。

最后，本发明又通过轨头踏面和轨头两侧不均匀喷风，再次降低轨头踏面中心硬度。通过降低钢轨与车轮接触部分的碳含量和降低强度，提高轮轨接触位置擦伤时组织风险性。

上述综合条件下，本发明提高了钢轨的强韧性和耐擦伤性能，得到的钢轨基体内部抗拉强度≥1000mpa，延伸率≥15％，脱碳层深度介于0.5～1.0mm，适宜用在长下坡环境中。

下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但并不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。

实施例与对比例

本发明实施例、对比例选用如下表1所示的钢轨化学成分。

表1实施例和对比例钢轨化学成分/％

对实施例施加不同加热和热处理工艺，如表2所示。

表2实施例和对比例加热工艺

分别对实施例和对比例钢轨测量凹坑深度和脱碳层深度，检验结果如表3所示。

表3实施例和对比例凹坑深度和脱碳层深度检验结果

在实验室中，加工接触疲劳试样，进行检验。检验结果如表4所示。

表4本发明实施例及对比例钢轨接触疲劳性

采对钢轨进行接触疲劳性能检验和组织检验，因试样表层未擦伤产生马氏体组织，抗接触疲劳性能明显提升。

综上所述，本发明中大坡度下耐擦伤的钢轨及其生产方法提供了生产轨头不同位置硬度分布和深脱碳层的钢轨方法，提升钢轨的耐擦伤性能要求。

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