本發(fā)明屬于鋼軌的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鋼軌的滾動(dòng)接觸疲勞傷損(rcf)是世界鐵路運(yùn)輸中普遍存在的問題，不僅關(guān)系到鐵路運(yùn)輸安全，也縮短了鋼軌的使用壽命，增加了線路的維修養(yǎng)護(hù)成本。針對(duì)鋼軌的滾動(dòng)接觸疲勞傷損，各國(guó)鐵路運(yùn)輸部門均開展了大量的研究，主要包括傷損機(jī)理的研究、新型抗接觸疲勞鋼軌材質(zhì)的研究和鋼軌打磨技術(shù)的研究。在新型鋼軌材質(zhì)研究方面，貝氏體鋼以其優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合被譽(yù)為“21世紀(jì)的鋼軌鋼”。美、德、日等國(guó)相繼于20世紀(jì)90年代開展了貝氏體鋼軌的試驗(yàn)研究，取得了令人振奮的試驗(yàn)結(jié)果。伴隨著中國(guó)鐵路高速重載的快速發(fā)展，未來(lái)對(duì)耐磨及接觸疲勞性能都優(yōu)異的鋼軌的需求將越來(lái)越迫切。近年來(lái)，我國(guó)鐵路提速后鋼軌的傷損明顯加劇，并以踏面斜裂紋、隱傷等新的滾動(dòng)接觸疲勞傷損形式呈現(xiàn)。因此，開展如何降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋速率的研究具有十分重要的意義。
專利cn102899471a公開了一種貝氏體鋼軌的熱處理方法。該貝氏體鋼軌的熱處理方法包括：將終軋后的鋼軌自然冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至460～490℃；將鋼軌以2.0～4.0℃/s的冷卻速度強(qiáng)制冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至250～290℃；使鋼軌溫度自然回升直至鋼軌軌頭表層溫度達(dá)到300℃以上；將鋼軌置于爐膛溫度為300～350℃的加熱爐內(nèi)回火處理2～6h；將鋼軌空冷至室溫。經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法得到的鋼軌在獲得穩(wěn)定殘余奧氏體組織的同時(shí)具有良好的綜合力學(xué)性能。該方法的缺點(diǎn)的殘余奧氏體量超過了5％，殘余奧氏體作為一種不穩(wěn)定性，在應(yīng)變誘導(dǎo)下發(fā)生馬氏體相變，即trip效應(yīng)，而馬氏體硬相是疲勞裂紋源誘發(fā)因素，有嚴(yán)重的易剝離掉塊傷損誘因，上道應(yīng)用問題突出，無(wú)法規(guī)?；茝V
專利cn105385938a提供一種貝氏體鋼軌合金體系及其貝氏體鋼軌的熱處理方法以及貝氏體鋼軌。合金體系的成分以質(zhì)量百分比計(jì)如下：c：0.22～0.27；si：1.65～1.85；mn：1.60～1.80；cr：1.30～1.90；mo：0.25～0.85；ni：0.25～0.95；v：0.040～0.060或nb：0.020～0.040；p：≤0.015、s：≤0.015；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素；其中對(duì)雜質(zhì)元素進(jìn)行嚴(yán)格控制：(1)氣體含量：鋼水[h]≤2.0ppm，鑄坯[h]≤1.5ppm，[o]≤25ppm，[n]≤70ppm；(2)殘余元素：al≤0.006％，cu≤0.15％，sn≤0.010％，sb≤0.010％。該熱處理方法的生產(chǎn)特點(diǎn)是，有效控制奧氏體組織的細(xì)化及元素和微觀組織的偏析和不均現(xiàn)象，以利于冷卻相變后獲得細(xì)小的均勻的下貝氏體組織，保證有效控制鋼軌完全發(fā)生下貝氏體組織的相變，從而獲得高性能的貝氏體鋼軌。該方法的缺點(diǎn)的生產(chǎn)工藝的太復(fù)雜，實(shí)際軋鋼生產(chǎn)不能滿足生產(chǎn)節(jié)奏，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)量低，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種貝氏體鋼軌的生產(chǎn)方法，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)能夠達(dá)到降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時(shí)，lf爐外精煉的渣堿度控制在1.8～2.3范圍內(nèi)，爐渣夾雜物控制在鈣斜長(zhǎng)石的塑性區(qū)域；
2)連鑄時(shí)，中包溫度控制在液相線以上10～20℃，拉速控制在0.3～0.5m/min；采用液芯壓下工藝得到鑄坯，控制鑄坯等軸晶率＞95％。
具體的，降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法還包括軋制步驟，所述軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區(qū)溫度1050～1150℃，鑄坯加熱ⅱ區(qū)溫度1200～1250℃，均熱段溫度：1180～1250℃，加熱ⅱ區(qū)和均熱段時(shí)間不少于200min；加熱時(shí)間250～280min，開軋溫度1080～1180℃，終軋溫度850～940℃。
具體的，降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法還包括軋后熱處理步驟，所述軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+50～100℃，加熱時(shí)間3～4h，出爐空冷，然后鋼軌在600～650℃下保溫處理，冷卻至室溫。
具體的，連鑄時(shí)，采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術(shù)，電流強(qiáng)度600～750a，頻率8hz。
具體的，連鑄時(shí)，末端液芯輕壓下10mm，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48h。
本發(fā)明的有益效果在于：1)在煉鋼時(shí)，通過合理設(shè)定精煉渣系的目標(biāo)堿度，控制夾雜物成分以及大??；2)連鑄時(shí)，通過控制中包溫度以及結(jié)晶器強(qiáng)電磁攪拌產(chǎn)生對(duì)剪切流場(chǎng)，形成細(xì)小的全等軸晶連鑄，降低中心偏析；3)后期通過加熱工藝、合適的冷卻工藝以及熱處理工藝，最終達(dá)到降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的目的。本發(fā)明生產(chǎn)的貝氏體鋼軌的抗拉強(qiáng)度高，-20℃斷裂韌性kic高達(dá)102mpa·m1/2；疲勞裂紋擴(kuò)展速率當(dāng)δk＝13.5mpa·m1/2時(shí)，da/dn低至11m/gc。
具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不限制本發(fā)明。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
實(shí)施例1：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時(shí)，lf爐外精煉的渣堿度控制在1.87，爐渣夾雜物控制在鈣斜長(zhǎng)石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區(qū)域；
2)連鑄時(shí)，中包溫度控制在液相線以上12℃，拉速控制在0.5m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術(shù)連鑄成280*380mm大方坯，電流強(qiáng)度750a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時(shí)。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區(qū)溫度1087℃，鑄坯加熱ⅱ區(qū)溫度1242℃，均熱段溫度：1247℃，加熱ⅱ區(qū)和均熱段時(shí)間212min；總加熱時(shí)間268min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1173℃，萬(wàn)能軋制終軋溫度931℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+70℃，加熱時(shí)間3.5h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為633℃，冷卻至室溫。
實(shí)施例2：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時(shí)，lf爐外精煉的渣堿度控制在2.2，爐渣夾雜物控制在鈣斜長(zhǎng)石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區(qū)域；
2)連鑄時(shí)，中包溫度控制在液相線以上18℃，拉速控制在0.3m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術(shù)連鑄成280*380mm大方坯，電流強(qiáng)度600a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率96％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時(shí)。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區(qū)溫度1052℃，鑄坯加熱ⅱ區(qū)溫度1211℃，均熱段溫度：1229℃，加熱ⅱ區(qū)和均熱段時(shí)間224min；總加熱時(shí)間276min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1109℃，萬(wàn)能軋制終軋溫度864℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+95℃，加熱時(shí)間3h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為642℃，冷卻至室溫。
實(shí)施例3：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時(shí)，lf爐外精煉的渣堿度控制在2.0范圍內(nèi)，爐渣夾雜物控制在鈣斜長(zhǎng)石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區(qū)域；
2)連鑄時(shí)，中包溫度控制在液相線以上15℃，拉速控制在0.3m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術(shù)連鑄成280*380mm大方坯，電流強(qiáng)度600a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時(shí)。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區(qū)溫度1132℃，鑄坯加熱ⅱ區(qū)溫度1243℃，均熱段溫度：1246℃，加熱ⅱ區(qū)和均熱段時(shí)間202min；總加熱時(shí)間263min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1170℃，萬(wàn)能軋制終軋溫度924℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+64℃，加熱時(shí)間4h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為608℃，冷卻至室溫。
實(shí)施例4：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時(shí)，lf爐外精煉的渣堿度控制在2.3，爐渣夾雜物控制在鈣斜長(zhǎng)石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區(qū)域；
2)連鑄時(shí)，中包溫度控制在液相線以上10℃，拉速控制在0.4m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術(shù)連鑄成280*380mm大方坯，電流強(qiáng)度700a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時(shí)。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區(qū)溫度1150℃，鑄坯加熱ⅱ區(qū)溫度1250℃，均熱段溫度：1250℃，加熱ⅱ區(qū)和均熱段時(shí)間210min；總加熱時(shí)間250min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1180℃，萬(wàn)能軋制終軋溫度940℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+100℃，加熱時(shí)間4h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為650℃，冷卻至室溫。
實(shí)施例5：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展速率的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時(shí)，lf爐外精煉的渣堿度控制在1.8，爐渣夾雜物控制在鈣斜長(zhǎng)石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區(qū)域；
2)連鑄時(shí)，中包溫度控制在液相線以上20℃，拉速控制在0.4m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術(shù)連鑄成280*380mm大方坯，電流強(qiáng)度650a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時(shí)。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區(qū)溫度1050℃，鑄坯加熱ⅱ區(qū)溫度1200℃，均熱段溫度：1180℃，加熱ⅱ區(qū)和均熱段時(shí)間200min；總加熱時(shí)間280min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1080℃，萬(wàn)能軋制終軋溫度850℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+50℃，加熱時(shí)間3.5h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為600℃，冷卻至室溫。
以實(shí)施例1～5制得的鋼軌性能與對(duì)比實(shí)施例(常規(guī)煉鋼并連鑄成鋼坯，熱軋終軋溫度950℃，控制冷卻溫度0.3～10℃/s到550～620℃，以0.5～5℃/s控冷到320～350℃，空冷到室溫，回火溫度330℃)進(jìn)行對(duì)比，見下表1。
由表1可以看出，與對(duì)比實(shí)施例相比，1～5實(shí)施例制得的鋼軌的抗拉強(qiáng)度更高，延伸率無(wú)明顯差異，在-20℃斷裂韌性kic高達(dá)102mpa·m1/2，疲勞裂紋擴(kuò)展速率當(dāng)δk＝13.5mpa·m1/2時(shí)，da/dn低至11m/gc。
表1各實(shí)施例和對(duì)比例生產(chǎn)的鋼軌的性能比較