[发明专利]一种高致密珠光体组织钢轨及其制备方法

说明书

本发明涉及钢轨制备技术领域，公开了一种高致密珠光体组织钢轨及其制备方法。该方法包括转炉冶炼或电炉冶炼、无铝脱氧、LF精炼、RH真空处理或VD真空处理、钢液连铸成钢坯、钢坯入加热炉加热、高压水除磷、钢坯在线轧制、在线热处理和后处理；在线热处理包括将终轧后的钢轨空冷至780‑840℃，然后对钢轨轨头进行压缩气剂混合气冷却，钢轨轨头冷却速率控制在2.8‑3.8℃/s；对钢轨下颚进行压缩空气冷却，钢轨下颚冷却速率控制在1.6‑3.2℃/s，钢轨轨头冷却温度降至450‑520℃时空冷至室温。本发明制备的高致密珠光体组织钢轨的强韧性指标显著提高，具有优异的抗磨损、抗接触疲劳性能，适用于重载铁路。

技术领域

本发明涉及钢轨制备技术领域，具体涉及一种高致密珠光体组织钢轨及其制备方法。

背景技术

铁路的高速化、重载化发展对钢轨材料及其服役性能提出了更加苛刻要求。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，伴随铁路运输能力的提升，钢轨服役环境愈加苛刻、复杂，各类伤损突出，部分小半径曲线路段钢轨同时出现过快磨耗、剥离掉块等伤损，影响了铁路运输的发展突破。

目前，各钢轨制造商为适应线路的变化，未来主要通过发展高致密珠光体钢轨和贝氏体钢轨。而具备高致密珠光体组织结构，主要通过合理化成分配比、钢轨在线热处理的方法，通过向奥氏体化钢轨的轨头部位喷吹压缩空气或水雾混合气的方式使轨头部位快速冷却，以获得较细的微观组织，从而实现耐磨损、抗接触疲劳性能同步改善的目的。

从改善钢轨微观组织角度来讲，国内外钢轨制造尚未出现通过对连铸后的高温铸坯实行初次在线轧制，通过充分细化凝固组织，获得较细的原始奥氏体基因的报道，如中国专利CN104087836B《钒铬微合金化超细珠光体钢轨》中均是为获取超细珠光体组织，其制造工艺主要通过加速冷却方式实现这一目的，并未涉及具体元素配比以及加热炉加热精准控制。

从在线热处理过程看，国内外鲜有冷却喷嘴多角度分布及冷却介质分段控制对钢轨性能影响的研究报道。如日本JFE申报的专利CN101646795B《耐磨损性和耐疲劳损伤性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其制造方法》中规定了一种内部高硬度型珠光体钢轨的制造方法，其特征在于，将钢材热轧成钢轨形状，使终轧温度为850-950℃，接着，以1.2-5℃/秒的冷却速度，将钢轨头部的表层从珠光体相变开始温度以上的温度快速冷却至400-650℃。该专利仅规定了钢轨热处理不同阶段的冷却起始与终止温度及相应的冷速范围，并未涉及具体的冷却方式。中国专利CN104087836B《钒铬微合金化超细珠光体钢轨》中规定了一种超细珠光体钢轨的制造方法，其特征在于，对终轧后带有余热的钢轨的轨头部位施加水雾混合气进行加速冷却，冷速为4.0～8.0℃/s，当轨头表层温度降至500～550℃时停止施加水雾混合气，并采用压缩空气进行加速冷却，冷速为1.5～3.5℃/s，当轨头表层温度低于400℃时停止加速冷却，空冷至室温。该专利仅对钢轨轨头实施了加速冷却，并未涉及轨头侧面、下颚处传热行为对细化组织的影响。中国专利CN1884606A《一种超细珠光体高强度轨道钢》中规定了一种超细珠光体钢轨的制备方法，其仅通过加热+热轧方式实现细化珠光体，并未涉及在线热处理工序。

可见，现有技术中针对细化珠光体钢轨主要集中在钢轨热处理和多道次轧制工序控制，并未涉及成分控制、加热炉精准控制、热处理控制在内的全流程精准控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的对细化珠光体钢轨主要集中在钢轨热处理和多道次轧制工序控制，并未涉及成分控制、加热炉精准控制、热处理控制在内的全流程精准控制的问题，提供一种高致密珠光体组织钢轨及其制备方法，该方法制备的钢轨轨头平均珠光体片层间距可达70nm，奥氏体晶粒细化程度优于国内重载线既用钢轨，钢轨耐磨性能得到明显提高。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种高致密珠光体组织钢轨的制备方法，该方法包括炉料经过转炉冶炼或电炉冶炼成钢液、无铝脱氧、LF精炼、RH真空处理或VD真空处理、钢液连铸成钢坯、钢坯入加热炉加热、高压水除磷、钢坯在线轧制成钢轨、在线热处理和后处理；