一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨及其生产方法
阅读说明：本技术 一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨及其生产方法 (High-strength wear-resistant steel rail for small-radius curve of high-speed railway and production method thereof ) 是由 王冬 金纪勇 廖德勇 丁宁 李哲 张锐 李响 张瑜 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨,钢轨的化学成分按重量百分比计为：C：0.55％～0.82％,Si：0.12％～0.62％,Mn：0.60％～1.60％,P：≤0.025％,S：≤0.015％,Cr：0.01％～0.15％,Mo+Ni+Cu≤0.20％,余量为Fe和不可避免的杂质；钢轨组织构成为细小珠光体+微量铁素体,且轨头珠光体片层间距为80～100nm。本发明通过优化常规合金元素设计,优化轧制温度,控制再结晶区轧制,轧后利用钢轨余温进行在线热处理等技术手段,生产出一种耐磨优异及抗接触疲劳优异、适用于高速小半径曲线铺设的高强韧耐磨钢轨。(The invention relates to a high-strength wear-resistant steel rail for a small-radius curve of a high-speed railway, which comprises the following chemical components in percentage by weight: c: 0.55 to 0.82 percent, Si: 0.12-0.62%, Mn: 0.60% -1.60%, P: less than or equal to 0.025 percent, S: less than or equal to 0.015 percent, Cr: 0.01 to 0.15 percent of the total weight of the alloy, less than or equal to 0.20 percent of Mo, Ni and Cu, and the balance of Fe and inevitable impurities; the steel rail structure is composed of fine pearlite and trace ferrite, and the pearlite lamellar spacing of the rail head is 80-100 nm. According to the invention, a high-strength high-toughness wear-resistant steel rail which is excellent in wear resistance and contact fatigue resistance and suitable for high-speed small-radius curve laying is produced by optimizing the design of conventional alloy elements, optimizing the rolling temperature, controlling the rolling in a recrystallization region, carrying out online heat treatment by utilizing the residual temperature of the steel rail after rolling and other technical means.)
技术领域
本发明涉及重轨技术领域，尤其涉及一种用于时速超过250千米的高速铁路干线小半径曲线段(半径小于300米)的60kg/m级别高强耐磨钢轨及其生产方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，安全、高速、高效的铁路交通给人们的出行带来了便捷，其中高速铁路逐渐成为了人们最喜爱的交通工具之一。而钢轨作为引导列车运行并将车轮载荷传递给道床的关键部件，其质量的优劣直接影响线路的运营效率、行车速率及行车安全。近年来，我国高速铁路经历了历史性的大发展时期，已经建成了几万公里时速250km及350km的高速铁路系统，基本形成了“八横八纵”的高速铁路网络。由于高速列车的轴重较轻(一般为11-15t)，同时出于安全考虑，对钢轨强度等级要求以低等级设计，先前常用880MPa级U71Mn热轧钢轨。但是，近年来发现，由于列车运行密度大、速度快，该钢轨在小半径弯道处的磨损速度非常快，大大降低了钢轨的使用寿命，增加了钢轨的更换频率，影响了高速列车运行效率。经综合评估后，又提出了在小半径弯道处铺设强度较高的钢轨以解决钢轨磨好严重的问题。
为了改善小半径曲线段钢轨的磨损严重问题，以及因为磨耗导致的滚动接触疲劳剥离掉块问题，国内外提出了几种措施：一是如北美地区的美国、加拿大等地，通过将轨距角处的三段圆弧优化为四段圆弧，使轮轨接触应力更小，以此降低小半径曲线磨耗严重问题；二是如周清跃、张银花等发表的“60N钢轨的廓形设计及试验研究”一文中提出的，为了改善轮轨接触关系、减少轮轨接触应力、改善车辆动力学性能，研究设计的具有新轨头廓型的60N钢轨。实际应用表明，在高速直线和大半径曲线段，上述方法效果良好，而在小半径曲线段应用则效果不明显，磨损依旧很严重。
近年来，专家学者开展了钢轨的基体强化研究，通过提升硬度和强度的方式来解决上述问题，取得了一定效果，但也都存在一定的问题。例如，授权公告号为CN104195433B的中国发明专利公开的“一种高强韧性珠光体钢轨及其生产方法”：采用以下化学成分设计C：0.75％-0.84％、Si：0.30％-0.80％、Mn：0.50％-1.50％、V：0.04％-0.12％、Ti：0.004％-0.02％，且满足0.10％≤V+10Ti≤0.25％，[N]≤30ppm，P≤0.020％、S≤0.008％，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并通过热处理获得高强韧性珠光体钢轨；但是该钢轨中加入了大量V、Ti微合金元素，大大提升了生产成本，同时抗拉强度不足1120MPa，无法满足小半径曲线钢轨强度要求。
公开号为CN110607488A的中国专利申请公开了“一种高速铁路用在线热处理钢轨及其制造方法”，采用以下化学成分设计C：0.68％～0.78％，Si：0.30％～0.58％，Mn：0.50％～0.80％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Cr：0.10％～0.40％，V：0.02％～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。但是，其制造方法未说明钢轨的冷却位置，喷嘴的喷风位置，这样特别容易导致钢轨冷却不均匀，造成强度与硬度波动大；同时其钢轨采用表层较大冷速进行冷却，说明轨腰也进行了快冷，这将导致轨腰区产生大量马氏体异常组织。
授权公告号为CN105063490B的中国发明专利公开了“一种高速铁路用钢轨及其生产方法”：钢轨含有0.63-0.73重量％的碳、0.1-0.5重量％的硅、0.7-1.2重量％的锰、0.05-0.3重量％的铬、0.04重量％以下的钒、0.025重量％以下的磷、0.025重量％以下的硫和96.98-98.52重量％的铁，并通过热处理获得具有高强度、高耐磨性和高抗接触疲劳性能钢轨；但是该钢轨的抗拉强度超过1300MPa级，属于重载铁路钢轨强度级别，显然不适用于高速铁路，虽然具有良好的耐磨性，但在高速铁路小半径曲线处耐磨性过高导致抗接触疲劳性能骤降，严重剥离掉块和裂纹萌生风险严重。
授权公告号为CN107675083B的中国发明专利公开了一种“强韧性珠光体钢轨及其制造方法”：采用以下化学成分设计C:0.70％～0.87％，Si:0.15％～0.45％，Mn:0.60％～1.00％，Cr:0.10％～0.40％，V、Nb、Ti中的至少一种，含V时V为0.02％～0.10％，含Ti时Ti为0.001％～0.030％，含Nb时Nb为0.005％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质；并通过热处理获得强韧性珠光体钢轨。然而，该技术方案中加入了大量V、Ti、Nb微合金元素，大大提升了生产成本。同时，抗拉强度超过1249MPa，属于重载铁路钢轨强度级别，不适用于高速铁路。
授权公告号为CN101921950B的中国发明专利公开了一种“用于高速和准高速铁路的钢轨”：化学成分设计为0.40％～0.64％C，0.10％～1.00％Si，0.30％～1.50％Mn，少于等于0.025％P，少于等于0.025％S，少于等于0.005％Al，大于0且少于等于0.05％的稀土元素，总量大于0且小于等于0.20％的V、Cr和Ti中的至少一种，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并通过热处理获得高速钢轨。然而该方法获得的钢轨抗拉强度不足1000MPa，不适用于小半径曲线段，且大量添加微合金贵金属元素，成本显著增高。
为了解决上述问题，平衡高速铁路小半径曲线钢轨耐磨性与滚动接触疲劳强度不可兼得的矛盾，提高钢轨强韧性和耐磨性，延长使用寿命；本发明在大量试验基础上实现了技术突破，通过优化成分设计，在不添加昂贵的微合金元素的前提下，通过合理的热处理工艺，生产出一种耐磨优异、抗接触疲劳优异的高强韧耐磨钢轨，适用于铺设在小半径曲线段，使高速列车平稳、快速、安全行驶，钢轨使用寿命明显增加；并且该钢轨性价比较高，应用前景良好。
发明内容
本发明提供了一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨及其生产方法，通过优化常规合金元素设计，优化轧制温度，控制再结晶区轧制，轧后利用钢轨余温进行在线热处理等技术手段，生产出一种耐磨优异及抗接触疲劳优异、适用于高速小半径曲线铺设的高强韧耐磨钢轨，有效提升了钢轨的使用寿命，并使生产成本明显降低，值得推广应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨，钢轨的化学成分按重量百分比计为：C：0.55％～0.82％，Si：0.12％～0.62％，Mn：0.60％～1.60％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Cr：0.01％～0.15％，Mo+Ni+Cu≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢轨组织构成为珠光体+铁素体，其中，珠光体的体积分数≥98％，铁素体的体积分数≤2％，轨头珠光体为片层间距80～100nm的细小珠光体。
一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨的生产方法，所述钢轨的生产过程包括如下步骤：
(1)冶炼、精炼、连铸；
(2)铸坯加热；铸坯堆垛缓冷至室温，然后装炉加热，加热温度为1250～1300℃，保温时间为2～4小时；加热过程中保证铸坯始终处于还原气氛下；
(3)钢轨轧制；铸坯经高压水除鳞后进行三阶段轧制；开坯后第一阶段轧制温度为1190～1250℃，轧件出轧机温度控制在1080～1150℃，轧件断面缩小率为30％～50％；第二阶段轧制，轧件出轧机温度为1000～1050℃，轧件断面缩小率为40％～65％；第三阶段轧制轧件进入最后一架轧机时的温度为940～980℃，终轧温度为885～920℃，轧件断面缩小率为15％～35％；
(4)轧后钢轨余温热处理；采用正火处理方式，具体为：轨头通过水雾冷却到终冷温度670～700℃，然后进入热处理机组，通过水蒸气+压缩空气配合，以3～8℃/s的冷速冷却到终冷温度440～470℃，并且钢轨进入热处理机组的过程中，轨腰和轨底的中心始终用压缩空气或水蒸气以0.5～1℃/s的冷速喷吹，保证钢轨返温不超过510℃；正火处理后空冷至室温；
(5)热处理后的钢轨经平立复合矫直，再经超声波探伤后，定尺、检查、入库。
所述步骤(1)中，铁水采用脱硫预处理，利用转炉或电炉冶炼，硅铁脱氧；LF精炼加入白灰进一步脱硫，精炼时间20～30分钟；然后采用RH真空脱气处理或VD真空脱气处理，真空处理时间30～40分钟。
所述LF精炼时，白灰的加入量为4～5kg/吨钢。
所述步骤(1)中，连铸后的铸坯为断面尺寸为280～320mm×380～410mm的大断面铸坯。
所述步骤(3)中，采用三机架轧机、五机架轧机或七机架轧机轧制钢轨。
所述钢轨的抗拉强度Rm为1140～1195MPa，屈服强度Rp0.2为701～727MPa，延伸率A≥12.5％；轨头表面硬度为365～395HB，轨头横断面每条硬度线的A1、B1、C1、D1、E1点硬度≥37HRC，轨头横断面每条硬度线的A5、B4、C4、D3、E3点硬度≥35HRC；常温冲击试验的冲击吸收能量AKU2≥41J，当裂纹强度因子△k＝10MPam1/2时，裂纹扩展速率da/dN＝1.5～2.0，当裂纹强度因子△k＝13.5MPam1/2时，裂纹扩展速率da/dN＝6～10.5。
所述钢轨为60kg/m钢轨。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)在化学成分设计和合金元素选择上具有以下两方面特点：
一是降低了合金成本；本发明不添加高成本的微合金化元素铌、钒、钛，添加的钼、镍、铜含量合计不超过0.2％，通过成分设计与工艺优化，选择再结晶轧制极度细化晶粒，弥补了合金含量低带来的性能损失，大大降低了生产成本；另外，本发明添加钼、镍、铜的目的是在再结晶区经过大变形时引入大量高密度畸变区，从而高钢轨韧塑性和综合性能，突破了单方面通过增加合金含量来提高性能的技术局限；
二是发挥化学成分在再结晶轧制过程中的最大作用；依靠细晶强化、位错和亚结构强化，通过合理添加碳、硅、锰元素，显著提升再结晶温度区间，确保在再结晶区轧制，使得在再结晶区轧制时可以引入大量高密度畸变区，从而大幅度提高钢轨基体的韧塑性，并适当提升强度；
2)在合理设计化学成分的基础上，引入在线热处理工艺，即钢轨轧后余温热处理工艺，在再结晶轧制细化晶粒的基础上，继续通过快速冷却方式组织奥氏体晶粒长大，进一步细化晶粒，获得组织细小的珠光体组织，使钢轨具有优异的强韧性；
3)通过合金元素添加、再结晶轧制、热处理工艺的有机结合，使得钢轨在低合金条件下获得适宜高速曲线段使用的高强韧性及高耐磨性，组织性能满足使用要求，通过工艺优化方式达到了降低合金降低成本的目的；
5)在线热处理工艺充分实现水雾、压缩空气、水蒸气的有效配合，破除现有技术的单一性和局限性，使得钢轨组织性能稳定。
6)通过化学成分设计，配合冶炼、轧制的综合作用，成功拓宽了再结晶温度区间，实现再结晶区大变形扎轧制，钢轨组织明显得到细化，工业生产容易实现；同时配合在线热处理工艺，进一步细化晶粒，获得适用于高速小半径曲线用高强韧耐磨抗剥离珠光体钢轨；钢轨组织构成为细小的珠光体+微量铁素体；采用GPM-30滚动接触疲劳试验台开展摩擦磨损与接触疲劳试验，经过25万次总对磨试验，钢轨的磨耗为0.8573～0.9897g，剥离掉块数量为0个。
附图说明
图1是本发明所述一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨的金相组织照片。
图2是本发明所述钢轨横断面硬度示意图。
具体实施方式
本发明所述一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨，钢轨的化学成分按重量百分比计为：C：0.55％～0.82％，Si：0.12％～0.62％，Mn：0.60％～1.60％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Cr：0.01％～0.15％，Mo+Ni+Cu≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢轨组织构成为珠光体+铁素体(如图1所示)，其中，珠光体的体积分数≥98％，铁素体的体积分数≤2％，轨头珠光体为片层间距80～100nm的细小珠光体。
一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨的生产方法，所述钢轨的生产过程包括如下步骤：
(1)冶炼、精炼、连铸；
(2)铸坯加热；铸坯堆垛缓冷至室温，然后装炉加热，加热温度为1250～1300℃，保温时间为2～4小时；加热过程中保证铸坯始终处于还原气氛下；
(3)钢轨轧制；铸坯经高压水除鳞后进行三阶段轧制；开坯后第一阶段轧制温度为1190～1250℃，轧件出轧机温度控制在1080～1150℃，轧件断面缩小率为30％～50％；第二阶段轧制，轧件出轧机温度为1000～1050℃，轧件断面缩小率为40％～65％；第三阶段轧制轧件进入最后一架轧机时的温度为940～980℃，终轧温度为885～920℃，轧件断面缩小率为15％～35％；
(4)轧后钢轨余温热处理；采用正火处理方式，具体为：轨头通过水雾冷却到终冷温度670～700℃，然后进入热处理机组，通过水蒸气+压缩空气配合，以3～8℃/s的冷速冷却到终冷温度440～470℃，并且钢轨进入热处理机组的过程中，轨腰和轨底的中心始终用压缩空气或水蒸气以0.5～1℃/s的冷速喷吹，保证钢轨返温不超过510℃；正火处理后空冷至室温；
(5)热处理后的钢轨经平立复合矫直，再经超声波探伤后，定尺、检查、入库。
所述步骤(1)中，铁水采用脱硫预处理，利用转炉或电炉冶炼，硅铁脱氧；LF精炼加入白灰进一步脱硫，精炼时间20～30分钟；然后采用RH真空脱气处理或VD真空脱气处理，真空处理时间30～40分钟。
所述LF精炼时，白灰的加入量为4～5kg/吨钢。
所述步骤(1)中，连铸后的铸坯为断面尺寸为280～320mm×380～410mm的大断面铸坯。
所述步骤(3)中，采用三机架轧机、五机架轧机或七机架轧机轧制钢轨。
所述钢轨的抗拉强度Rm为1140～1195MPa，屈服强度Rp0.2为701～727MPa，延伸率A≥12.5％；轨头表面硬度为365～395HB，如图2所示，轨头横断面每条硬度线的A1、B1、C1、D1、E1点硬度≥37HRC，轨头横断面每条硬度线的A5、B4、C4、D3、E3点硬度≥35HRC；常温冲击试验的冲击吸收能量AKU2≥41J，当裂纹强度因子△k＝10MPam1/2时，裂纹扩展速率da/dN＝1.5～2.0，当裂纹强度因子△k＝13.5MPam1/2时，裂纹扩展速率da/dN＝6～10.5。
所述钢轨为60kg/m钢轨。
本发明所述一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨及其生产方法的技术先进性体现如下：一是提升了钢轨的耐磨性能，使钢轨在小半径曲线具有良好的耐磨与抗接触疲劳性能匹配；二是成分设计采用C-Si-Mn体系，不添加微合金元素铌、钒、钛，降低了合金成本；三是优化了轧制工艺设计，提出再结晶区轧制；四是利用钢轨轧后余温进行在线热处理，进一步细化晶粒，组织珠光体片层间距控制在80～100纳米之间，提升钢轨强度与硬度的同时，保证韧性提高，满足高速铁路小半径曲线段对钢轨组织的性能要求；五是采用钢轨轧后余温热处理也叫做在线热处理，由此获得的钢轨也叫做在线热处理钢轨。
本发明所述一种高速铁路小半径曲线用高强耐磨钢轨中，各化学成分及添加量(重量百分比)选择及其作用说明如下：
C是钢的基体强化型最基本元素，主要是保证基体的强度和硬度，对于本发明所述钢轨来说，C含量低于0.55％时，其他合金元素弥补不了强度与硬度的缺失，同时淬硬性和淬透性差，导致钢轨强硬度过低，耐磨性显著下降；C含量高于0.82％时，经本发明所述工艺，淬硬性和淬透性过大，易产生马氏体异常组织。所以本发明选择C含量为0.55％～0.82％。
Si是主要的脱氧元素和改善强度固溶型强化元素，本发明中Si的作用主要是作为固溶强化元素存在于铁素体和奥氏体中，用以提高组织的强度，并配合提升强韧性，同时有助于提升再结晶区间，利于再结晶轧制；Si含量低于0.12％时，无法提供固溶强化作用，Si含量高于0.62％时，将降低钢轨的韧塑性，恶化钢轨的横向性能。因此，所以本发明选择Si含量为0.12％～0.62％。
Mn是性价比最高的相变型强化元素，又是碳化物形成元素，进入渗碳体后可部分替代Fe原子，增加碳化物的硬度；在没有微合金的情况下，Mn在热处理过程中能够很好地提升淬硬性和淬透性，增加钢轨的强硬性。经研究发现，当锰的含量低于0.60％时，无法与本发明所述热处理工艺形成匹配，甚至会降低钢轨的强硬性；当锰含量高于1.60％时，淬透性太强，易产生马氏体异常组织。所以本发明选择Mn含量为0.60％～1.60％。
P是本发明所述钢轨的有害元素，极易造成偏析。在保证炼钢条件、炼钢成本等前提下，本发明要求P含量≤0.025％。
S是本发明所述钢轨的有害元素，容易形成非金属夹杂MnS造成质量缺陷，S还是热轧过程中产生“热脆”的主要元素，所以在保证不增加非必要成本的前提下S含量越低越好，本发明要求S≤0.015％。
Cr作为中等碳化物形成元素，能均匀钢中碳化物分布，减小碳化物尺寸，改善钢轨的耐磨损性能。当铬含量低于0.01％时，无法均匀碳化物分布；当铬含量高于0.15％时，钢轨的韧性明显降低。所以本发明选择Cr含量为0.01％～0.15％。
Mo、Ni、Cu元素在本发明中的主要作用是扩大奥氏体区，提升再结晶温度区间，降低再结晶晶粒长大趋势，达到钢轨细晶强化韧塑性的目的。但Mo、Ni、Cu元素之和不能超过0.20％，否则将达不到上述效果，还会恶化钢轨的综合性能。所以本发明选择Mo+Ni+Cu≤0.20％。
在上述成分设计的基础上，为实现本发明的目的，生产出高强韧钢轨，还需配合特定的冶炼工艺、加热工艺、轧制工艺和热处理工艺；其中，轧制工艺是本发明用以细化钢轨组织的第一个手段，即钢轨的再结晶区控制轧制；通过热处理工艺再次细化晶粒获得高强韧性钢轨是本发明的第二个手段；二者的结合是本发明的技术核心。本发明的整个工艺设计与成分设计紧密结合，有效实现了在常规元素条件下实现提高钢轨强韧性的目的，使钢轨的综合性能优良，解决了目前铺设于高速铁路小半径曲线段钢轨的耐磨性差的问题，同时显著降低了合金成本。各生产工艺及作用如下：
(1)冶炼、精炼、连铸工序：铁水采用脱硫预处理，利用转炉或电炉冶炼，硅铁脱氧；LF精炼进一步脱硫保合金成分，其中白灰加入量为4～5kg/吨钢，目的是保证硫含量降低到0.015％以下；精炼时间20～30分钟，目的是保证渣的充分上浮，使钢液更加纯净，成分更加精细，提高质量；然后进行真空脱气，可以选择RH真空脱气处理或VD真空脱气处理，真空处理时间30～40分钟，目的是保证氢含量不大于1.5ppm(降低氢致裂纹发生)、氧含量不大于20ppm(降低氧化类夹杂含量和尺寸)，最终成分微调至本发明的目标范围内。只有通过以上的处理方式，才能实现本发明的有益效果，才能与后续工艺配合生产出本发明所述高韧塑性抗接触疲劳的高速钢轨。最后经连铸获得断面尺寸为280～320mm×380～410mm的大断面铸坯，目的是实现大方坯大压下轧制，保证轧制钢轨时压缩比不小于9:1，确保能够轧制出组织性能满足要求的钢轨。
(2)铸坯加热：铸坯需要堆垛缓冷至室温，严禁热装热送，以减少铸坯表面和角部微裂纹，保证表面质量，确保经轧制后的钢轨表面质量和内部质量满足高速钢轨要求。冷铸坯装炉加热，加热温度为1250～1300℃，保温时间为2～4小时，选择该加热方式是为后续能够在再结晶区轧制提供温度保证；铸坯氧化会导致钢轨脱碳层超过0.1mm，为使轧制的钢轨脱碳层不大于0.1mm，加热过程中选择铸坯粉刷涂料的方式减少铸坯氧化，或者选择严格配置炉气(选择天然气、空气煤气中的一种或两种)的方式减少铸坯氧化，或者采用上述两种方式配合减少铸坯氧化。
(3)钢轨轧制：铸坯经高压水除鳞，采用三机架轧机、五机架轧机或七机架轧机轧制成钢轨。开坯后首次轧制温度为1190～1250℃，经过多道次(优选5道次)大压下轧制后，轧件出轧机温度控制在1080～1150℃，同时轧件断面缩小率为30％～50％，目的是在轧坯中形成大量位错，为后续奥氏体再结晶形核创造形核质点；最重要的是，该温度是在本发明所述化学成分设计基础上，改变重轨硫化锰形态的最佳温度区，细长的硫化锰通过轧制中的位错攀移而断裂，形成纺锤状的细小形状，显著提升了钢轨的内部质量，这也是本发明在轧制环节的创新技术之一。二次轧制时轧件进入轧机温度不做控制，但需保证经过多道次(优选3道次)轧制后轧件出轧机温度为1000～1050℃，同时轧件的断面缩小率为40％～65％；再次经过大压下轧制的钢轨位错错综复杂，进一步积聚能量；轧件在940～980℃进入最后一架轧机轧制成钢轨，同时轧件的断面缩小率为15％～35％，终轧温度为885℃～920℃。其中，最重要的是要保证在930～980℃温度下开始最后架次轧机的轧制，因为该温度区间是本发明所述钢轨的奥氏体再结晶区，这也是本发明所述轧制工艺的技术核心，创新技术之二；再结晶时奥氏体在前期积攒的位错上形成大面积的再结晶形核，在还未来得及长大时就进入了最后轧制，使得再结晶晶粒全部破碎细化，奥氏体晶粒显著细化；此过程之后控制终轧温度为885℃～920℃，就是避开再结晶温度区间，晶粒不再长大并顺利进入相变区，形成组织细小的珠光体和微量铁素体。最终钢轨组织构成为细小的珠光体+微量铁素体，其中珠光体的体积分数≥98％，铁素体的体积分数≤2％，且轨头珠光体片层间距为80～100纳米。
(4)钢轨轧后余温热处理(即钢轨在线热处理)：本发明采用热处理机组，热处理方式为“钢轨正火”，即利用压缩空气、水雾、水蒸气作为冷却介质，对钢轨进行冷却，采用喷嘴向钢轨的轨头踏面、轨头圆角、轨头两侧至下颚处、轨腰中心处、轨底中心处喷洒冷却介质，确保冷却均匀。其中，轨头踏面、轨头圆角、轨头两侧至下颚处采用空气+水雾配合冷却，目的是细化晶粒，使轨头达到本发明要求的强度和硬度。轨腰与轨底采用喷风的方式，目的是防止钢轨除轨头外其他位置温度过高返温至轨头，导致轨头自回火软化。具体冷却过程为：轧后钢轨的轨头通过水雾冷却到终冷温度为670～700℃，然后进入热处理机组，通过水蒸气+压缩空气配合的方式以3～8℃/s冷却到终冷温度为440～470℃，进入热处理机组过程中轨腰和轨底中心始终用压缩空气或水蒸气以0.5～1℃/s冷速喷吹，保证钢轨返温不超过510℃。热处理之后，钢轨空冷至室温。
(5)热处理后的钢轨经过平立复合矫直，再经超声波探伤后，定尺、检查、入库。
本发明所述钢轨经摩擦磨损试验和接触疲劳试验，具体为：采用GPM-30滚动接触疲劳试验台，试样形状及尺寸：厚度10mm、外径60mm、内径30mm的环状试样，其中，用于摩擦磨损试验的试样为光滑表面，用于滚动接触疲劳试验的试样表面中心设有高度为5mm的沟槽；试验载荷：1000KN；滑差：5％；对磨试样材质：硬度320～340HB的车轮钢；旋转速率：220转/分钟；总磨损次数：25万次。疲劳裂纹扩展速率试验按照TB/T2344-2012标准执行。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
各实施例及对比例的钢轨化学成分、生产工艺参数、力学性能、磨耗及接触疲劳试验结果、裂纹扩展速率等数值如表1至表5所示：
表1钢轨化学成分
表2精炼工艺参数
表3加热、轧制工艺参数
表4在线热处理(轧后余热热处理)工艺参数
表5钢轨力学性能、组织构成、裂纹扩展速率、磨耗、抗接触疲劳性能
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。