阅读说明：本技术 一种钢轨用钢及其生产方法 (Steel for steel rail and production method thereof ) 是由 刘丹 李建朝 李�杰 龙杰 刘生 袁平 付振坡 付冬阳 赵晓辉 师帅 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢轨用钢及其生产方法,钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.74～0.86%、Si：1.1～1.4%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mn：0.8～1.2%、Cu：0.5～0.7%,其余为Fe和不可避免的杂质元素；生产方法包括加热、轧制以及热处理工序,其中热处理工序采用回火方式。本发明通过合理成分和工业设计,所得钢板强度、延伸率高但表面硬度低,能够在极冷天气下使用。本发明提供的钢板组织类型为回火马氏体+铁素体(少量),钢板抗拉强度Rm≥900MPa、A<Sub>50</Sub>≥9%、常温冲击韧性在30J以上,硬度HB≤300,钢板最大厚度230mm,可供车用轨道、地铁轨道使用。(The invention discloses steel for a steel rail and a production method thereof, wherein the steel plate comprises the following chemical components in percentage by mass: c: 0.74-0.86%, Si: 1.1-1.4%, P is less than or equal to 0.025%, S is less than or equal to 0.025%, Mn: 0.8 to 1.2%, Cu: 0.5-0.7% of Fe and inevitable impurity elements as the rest; the production method comprises the working procedures of heating, rolling and heat treatment, wherein the heat treatment adopts a tempering mode. Through reasonable components and industrial design, the obtained steel plate has high strength and elongation but low surface hardness, and can be used in extremely cold weather. The steel plate provided by the invention has the structure types of tempered martensite and ferrite (a small amount), the tensile strength Rm of the steel plate is more than or equal to 900MPa, A 50 The steel plate has the impact toughness at normal temperature of more than 30J, the hardness HB of less than or equal to 300 and the maximum thickness of 230mm, and can be used for vehicle tracks and subway tracks.)

一种钢轨用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢轨用钢及其生产方法。

背景技术

我国轨道用钢板行业发展迅速，总产量增长明显，其用途不仅用于车用轨道领域，而且用于模具，生产总产量仅次于美国，已经跃居世界第二位，成为名符其实的模具大国。能有如此成就主要源于我国得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势，以非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势，根据形势来看，未来我国压铸行业发展前景十分广阔。

轨道钢按用途分为轻轨、重轨、起重机轨，而铁路用钢轨说的均是重轨。重轨的重量在38kg/m-75kg/m之间，主要用于铺设铁路干线、专用线、弯道及隧道用轨，于大型工程、码头调装集装箱等，龙门吊专用。明年铁道用钢供需跟随铁路投资上涨而大幅上升，2016-2020年铁路投资稳步推进。近年来中西部仍大力密集建设，东部地区的将继续完成《规划》剩余项目，预计到2020年底“城际铁路”总竣工里程将达到1.7万公里以上，需要资金3万亿以上。高铁出口步伐加快，全球需求大幅增长，按照各国高铁发展规划，预计到2025年，世界高速铁路总里程将超过5万公里，轨道钢需求在1000万吨以上，目前连接马来西亚和新加坡的高铁项目预计明年开始招标，而印度、泰国等国计划修建高铁的总长度高达1万公里。而中国的计划把中亚国家的高速铁路网将把中国乌鲁木齐与中亚的哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦等国连接起来，预计覆盖17个国家，里程接近5000公里，可见未来全球需求旺盛。

目前存在问题：在技术上，提高生产工艺水平增加百米钢轨成品率，完善超长无缝线路技术；提高材质强度、耐磨程度，延长钢轨使用寿命。本发明提供了一种钢轨用钢及其生产方法，由于该钢的技术含量高、开发难度大，在国内生产尚属首次，开发该钢种具有以产顶进实现国产化的效应，而且具有良好的市场前景。该钢材的主要特点在于：（1）钢板厚度大，达到230mm规格；（2）强度级别高，达到900Mpa级别以上，保证钢的耐磨性能；（3）无Cr、Ni、Mo的工艺设计，降低生产成本。（4）优化的热处理制度，保证钢板具有一定的韧性指标。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钢轨用钢，所提供的钢板抗拉强度Rm≥900MPa、A₅₀≥9%、常温冲击韧性在30J以上，硬度HB≤300，最大厚度230mm，且生产成本低。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种钢轨用钢，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.74～0.86%、Si：1.1～1.4%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mn：0.8～1.2%、Cu：0.5～0.7%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明所述的钢轨用钢，其厚度为200～230mm，钢板组织类型为：回火马氏体+铁素体。

本发明还提供了一种钢轨用钢的生产方法，包括加热、轧制以及热处理工序，其中热处理工序采用高温回火方式。

本发明所述的钢轨用钢的生产方法，其中，钢板采用模铸工艺生产。

本发明所述的钢轨用钢的生产方法，其中，加热工序为：钢坯在脱模10小时内装均热坑中，装炉时均热坑温度500-600℃，钢坯料以不高于80℃/h的加热速度升温至1000℃，保温至少10小时后升温到1280-1350℃，保温时间不低于36小时。

本发明所述的钢轨用钢的生产方法，其中，轧制工序采用热轧制模式。

本发明所述的钢轨用钢的生产方法，其中，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为55%-65%，钢板回火温度：550-580℃，保温3-4.5min/mm，回火后钢板入油槽进行油冷。

本发明提供的钢板机械性能、加工性能良好，压铸性能优异，满足轨道用钢、压铸模具、高硬度大型模具、模架等需求。

本发明提供的钢轨用钢中各种化学成分的作用如下：

C：C在钢中的作用是固溶强化，增加耐磨钢的硬度，提高耐磨性。对于大厚度轨道用钢，强度和耐磨性是关键指标，因此碳含量设计在：0.74～0.86%。

Si：Si可缩小奥氏体相圈，提高钢的淬火温度。Si可降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，增加钢的回火稳定性，Si含量较高的钢可明显降低回火脆性，可在较低温度回火，既能降低钢中的内应力，亦使钢板具有较高的硬度。Si可减少摩擦发热时的氧化作用，提高钢的冷变形硬化率和耐磨性，硅锰钢的耐磨性随Si含量的增加而提高。另外，Si与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝质量。因此，综合考虑Si对钢的淬透性、强度、回火稳定性、耐磨性和焊接的影响，Si含量范围优选1.1～1.4%。

Mn：Mn可扩大铁碳平衡相圈的奥氏体相区，其稳定奥氏体组织的能力仅次于Ni。Mn能够显著增加钢的淬透性，降低马氏体转变温度和钢的临界冷却速度。Mn和Fe可形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的硬度和强度。因此，加入Mn可增加钢的硬度和耐磨性，但若Mn含量太高，并会增加钢的回火脆性。对于调质处理的耐磨钢板来说，一方面需增加Mn含量以提高钢板的硬度，另一方面需控制Mn含量以降低钢板的回火脆性。Mn含量范围优选0.8～1.2%。

Cu：Cu可以提高钢的疲劳强度及抗大气腐蚀能力。通过固溶和时效处理，可以取得沉淀强化效果，显著增加钢的强度，耐磨性和屈强比，而对钢的焊接性并没有不良的影响。Cu含量范围优选0.5～0.7%%。

P、S为有害元素，尽可能的降低其含量。

本发明采用较低合金含量化学成分设计，且不添加Cr、Ni、Mo等，生产成本大大降低；通过对热处理方式进行优化，得到的钢板各项力学性能指标优异，且所得钢板具有更细小的组织结构和更佳的加工型。

本发明提供的钢板力学性能如下：钢板抗拉强度Rm≥900MPa、A₅₀≥9%、常温冲击韧性在30J以上，硬度HB≤300，最大厚度可达230mm。

附图说明

图1 实施例1钢板的组织图（500X）。

图2 实施例2钢板的组织图（500X）。

图3 实施例3钢板的组织图（500X）。

图4 实施例4钢板的组织图（500X）。

图5 实施例5钢板的组织图（500X）。

图6 实施例6钢板的组织图（500X）。

具体实施方式

实施例1

本实施例钢板厚度为200mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.74%、Si：1.1%、P：0.020%、S：0.020%、Mn：0.8%、Cu：0.5%，其余为Fe和不可避免的杂质元素：

本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）钢坯脱模10小时后装均热坑中，装炉时均热坑温度520℃，钢坯料以50℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10小时后升温到1280℃，保温时间36小时。

（2）采用热轧制方式进行轧制。

（3）钢板采用回火方式进行热处理，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为55%，钢板回火温度：550℃，保温3min/mm，回火后油冷。

本实施例钢板力学性能：钢板抗拉强度950MPa、延伸率：10%，常温冲击韧性:40J、55J、47J，硬度HB：282。

本实施例钢板组织图见图1，钢板组织为回火马氏体+铁素体。

实施例2

本实施例钢板厚度为215mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.77%、Si：1.28%、P：0.018%、S：0.010%、Mn：0.95%、Cu：0.55%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）钢坯在脱模9小时后装均热坑中，装炉时均热坑温度540℃。钢坯料以60℃/h的加热速度升温至1000℃，保温11小时后升温到1290℃，保温时间38小时。

（2）采用热轧制方式进行轧制。

（3）钢板采用回火方式进行热处理，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为58%，钢板回火温度：560℃，保温3.5min/mm，回火后进行油冷。

本实施例钢板力学性能：钢板抗拉强度1080MPa、延伸率：10.5%，常温冲击韧性:43J、51J、45J，硬度HB：285。

本实施例钢板组织图见图2，钢板组织为回火马氏体+铁素体。

实施例3

本实施例钢板厚度为225mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.80%、Si：1.25%、P：0.012%、S：0.005%、Mn：1.05%、Cu：0.62%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）钢坯在脱模10小时后装均热坑中，装炉时均热坑温度570℃，钢坯料以75℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10.5小时后升温到1320℃，保温时间38小时。

（2）采用热轧制方式进行轧制。

（3）钢板采用回火方式进行热处理，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为63%，钢板回火温度：565℃，保温4min/mm，回火后油冷。

本实施例钢板力学性能：钢板抗拉强度1060MPa、延伸率：9.5%，常温冲击韧性:37J、45J、40J，硬度HB：290。

本实施例钢板组织图见图3，钢板组织为回火马氏体+铁素体。

实施例4

本实施例钢板厚度为230mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.86%、Si：1.40%、P：0.016%、S：0.009%、Mn：1.2%、Cu：0.7%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）钢坯在脱模8小时后装均热坑中，装炉时均热坑温度600℃，钢坯料以80℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10小时后升温到1350℃，保温时间38小时。

（2）采用热轧制方式进行轧制。

（3）钢板采用回火方式进行热处理，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为65%，钢板回火温度：580℃，保温4.5min/mm，回火后油冷。

本实施例钢板力学性能：钢板抗拉强度980MPa、延伸率：10%，常温冲击韧性:39J、42J、43J，硬度HB：295。

本实施例钢板组织图见图4，钢板组织为回火马氏体+铁素体。

实施例5

本实施例钢板厚度为220mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.84%、Si：1.36%、P：0.024%、S：0.019%、Mn：1.18%、Cu：0.68%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）钢坯在脱模9小时后装均热坑中，装炉时均热坑温度500℃，钢坯料以65℃/h的加热速度升温至1000℃，保温12小时后升温到1300℃，保温时间37小时。

（2）采用热轧制方式进行轧制。

（3）钢板采用回火方式进行热处理，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为60%，钢板回火温度：575℃，保温4min/mm，回火后油冷。

本实施例钢板力学性能：钢板抗拉强度1100MPa、延伸率：9.3%，常温冲击韧性:42J、47J、45J，硬度HB：287。

本实施例钢板组织图见图5，钢板组织为回火马氏体+铁素体。

实施例6

本实施例钢板厚度为210mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.82%、Si：1.31%、P：0.017%、S：0.023%、Mn：1.14%、Cu：0.66%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）钢坯在脱模8小时后装均热坑中，装炉时均热坑温度585℃，钢坯料以70℃/h的加热速度升温至1000℃，保温11.5小时后升温到1340℃，保温时间39小时。

（2）采用热轧制方式进行轧制。

（3）钢板采用回火方式进行热处理，回火介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为62%，钢板回火温度：570℃，保温3min/mm，回火后油冷。

本实施例钢板力学性能：钢板抗拉强度1020MPa、延伸率：11%，常温冲击韧性:43J、38J、45J，硬度HB：292。

本实施例钢板组织图见图6，钢板组织为回火马氏体+铁素体。