高表面质量辙叉用钢的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高表面质量辙叉用钢的生产方法。

背景技术

铁路辙叉是使火车车轮由一股线路转换到另一股路线的轨线平面交叉设备，它是在铁路结构中损伤最严重的部位。作为铁路辙叉，应用最早和使用最广泛的是高锰钢。然而，随着铁路向重载、高速方向发展，对辙叉提出了更高的要求，迫切需要开发出一种综合性能比高锰钢更优异的新型辙叉材料，来满足高速、重载和跨区间无缝铁路的要求。

贝氏体钢因其具有高的强度、适当的韧度和硬度而表现出优良的抗接触疲劳和耐磨性能，尤其是它具有优异的焊接工艺性能，使它成为制作重载、高速铁路用辙叉的理想材料之一。贝氏体钢辙叉心轨属于复杂断面型钢，其孔型设计的好坏直接影响辙叉的质量和成本。存在对高表面质量辙叉用钢的需求，以减少后续加工工作。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高表面质量辙叉用钢的生产方法，以改善辙叉表面质量。

根据本发明的一个方面，提出一种高表面质量辙叉用钢的生产方法，包括以下步骤：

S1，对冶炼、浇铸后获得的铸坯进行加热；

S2，向加热后的铸坯表面喷射水压为16～25MPa的高压水进行除磷；

S3，对除磷后的铸坯进行轧制，其中，轧制平均延伸系数为1.05～1.25，咬入角为25～35°，轧制温度为1050～1150℃；

S4，对轧制后获得的辙叉进行回火。

根据本发明的一个实施例，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.16～0.35％的C，0.70～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，0.30～1.70％的Cr，0.10～0.60％的Mo，0.002～0.70％的Ni，0.01～0.15％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，加热温度为1250～1300℃，加热时间为200～500min。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，使得铸坯加热后表面缺陷小于等于5mm。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，使得加热炉内用于支撑铸坯的部件具有预定的光滑度。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，利用多个喷嘴对铸坯的顶面、底面和两个侧面喷射所述高压水，其中，喷嘴出水口压力为16～25MPa，喷嘴口水流速度为130～250m/s，喷嘴前倾角为12～14°，喷嘴距离铸坯表面距离为120～180mm。

根据本发明的一个实施例，步骤S3中，每道次轧制前对铸坯喷涂油水混合物。

根据本发明的一个实施例，步骤S3中，轧制压缩比为4～10。

根据本发明的一个实施例，步骤S4中，回火温度为200～400℃，回火时间为48～96h。

根据本发明的一个实施例，所述辙叉用钢的抗拉强度大于等于1350MPa，延伸率大于等于12％，表面热伤小于等于0.5mm，轨腰厚度极限偏差小于等于1mm，轨高极限偏差小于等于1.5mm，轨头宽度极限偏差小于等于1.5mm，组织包括贝氏体

在根据本发明的实施例的高表面质量辙叉用钢的生产方法中，通过高压水除磷，可以去除铸坯表面的氧化皮，防止氧化皮的存在导致轧制后的辙叉表面凹凸不平，并且，通过设计合理的轧制平均延伸系数、咬入角和轧制温度，可以进一步避免轧制工艺对表面质量带来不利影响，从而总体上改善辙叉用钢的表面质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明实施例的高表面质量辙叉用钢的生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

图1示出根据本发明实施例的高表面质量辙叉用钢的生产方法的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1，对冶炼、浇铸后获得的铸坯进行加热；

S2，向加热后的铸坯表面喷射水压为16～25MPa的高压水进行除磷；

S3，对除磷后的铸坯进行轧制，其中，轧制平均延伸系数为1.05～1.25，咬入角为25～35°，轧制温度为1050～1150℃；

S4，对轧制后获得的辙叉进行回火。

在根据本发明的实施例的高表面质量辙叉用钢的生产方法中，通过高压水除磷，可以去除铸坯表面的氧化皮，防止氧化皮的存在导致轧制后的辙叉表面凹凸不平，并且，通过设计合理的轧制平均延伸系数、咬入角和轧制温度，可以保证铸坯在轧制过程中较为容易地均匀变形，进一步避免轧制工艺对表面质量带来不利影响，从而总体上改善辙叉用钢的表面质量。

在一些实施例中，本发明进一步控制加热工艺对铸坯表面质量的影响，在步骤S1中，使得铸坯加热后表面缺陷小于等于5mm，防止加热工艺造成较大的表面缺陷而在后续工艺中难以修复进而影响最终成品的表面质量。

本申请的发明人意识到，在步骤S1的加热工艺中，加热炉内用于支撑铸坯的部件(例如支撑梁)在使用一段时间后，其表面容易形成向外突出的突出部，这些突出部会在加热过程中在铸坯表面形成凹坑。因此，在步骤S1中，使得加热炉内用于支撑铸坯的部件具有预定的光滑度，由此避免这些支撑部件在铸坯表面形成较大的缺陷。在一些实施例中，可以通过定期更换这些支撑部件来保证支撑部件的光滑度。

在一些实施例中，步骤S2中，利用多个喷嘴对铸坯的顶面、底面和两个侧面喷射所述高压水，其中，喷嘴出水口压力为16～25MPa，喷嘴口水流速度为130～250m/s，喷嘴前倾角为12～14°，喷嘴距离铸坯表面距离为120～180mm。所述顶面、所述底面和所述两个侧面可以为沿长度方向延伸的四个面，也就是除两个端面之外的四个面。所述前倾角为高压水喷射方向与铸坯表面之间的夹角。本发明通过设计如上描述的关于喷嘴出水口压力、喷嘴口水流速度、喷嘴前倾角以及喷嘴距离铸坯表面距离等多个参数的数值，可以保证足够的喷射强度和合适的喷射角度(喷嘴前倾角较小，可以获得沿表面延伸方向较大的力，有利于将氧化皮带走)，从而实现高效的除磷效果。

在一些实施例中，步骤S3中，每道次轧制前对铸坯喷涂油水混合物，从而提供铸坯和轧机之间良好的润滑性，防止铸坯粘接在轧机上，从而通过润滑轧制防止轧制过程对铸坯表面造成损害。

现有技术中，加工辙叉的工艺方法主要有铸造和锻造，而通过轧制生产辙叉的方法还比较少，尤其是采用“万能”轧制的方法来制造辙叉。在本发明的一些实施例中，采用“万能”轧制的方法来制造辙叉。具体地，贝氏体辙叉用钢采用280mm×380mm方坯或是320mm×410mm方坯生产，其工艺流程为：连铸坯→步进梁式加热炉→高压水除磷→BD1粗轧→BD2粗轧→U1、E1万能粗轧→U2、E2万能中轧→UF万能精轧→热锯切头尾→预弯→步进式冷床冷却→复合矫直机矫直→检测中心检测(断面尺寸检测、平直度检测、超声波探伤及涡流探伤)→双向液压补矫→锯钻定尺→入库。

在该实施例中，将铸坯加热后，通过多点高压水除磷技术对高温的铸坯进行除磷处理，然后送至第一台开坯机轧制。第一台开坯机轧制铸造钢坯成帽形轧件后送到第二台开坯机进行轧制。通过第二台开坯机的轨形孔，帽形钢坯被制成钢轨的雏形并进行除磷处理，最后送至万能粗轧机轧制。在万能粗轧机对轧件进行三道次轧制并进行除磷后，将轧件送至万能中轧机组中轧制一道次。在此过程中，钢轨轧件逐次穿过各粗轧轨形孔，使得轧件截面形状与轨形孔横截面的尺寸和形状逐渐一致，即完成了辙叉的粗轧过程。

在一些实施例中，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.16～0.35％的C，0.70～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，0.30～1.70％的Cr，0.10～0.60％的Mo，0.002～0.70％的Ni，0.01～0.15％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

在一些实施例中，将冶炼后的钢水浇铸为断面尺寸为320*410mm或280*380mm的铸坯。

在一些实施例中，步骤S1中，加热温度为1250～1300℃，加热时间为200～500min。

在一些实施例中，步骤S3中，轧制压缩比为4～10。

在一些实施例中，步骤S4中，回火温度为200～400℃，回火时间为48～96h。

根据以上描述，本发明从多个方面进行改进来获得高表面质量辙叉用钢，包括但不限于：加热过程对表面缺陷的控制、进行除磷操作以及除磷过程多个参数的设计、轧制过程多个参数的设计、轧制前对铸坯喷涂油水混合物。在本发明的实施例中，根据上述方法生产的辙叉用钢的抗拉强度大于等于1350MPa，延伸率大于等于12％，表面热伤小于等于0.5mm，轨腰厚度极限偏差小于等于1mm，轨高极限偏差小于等于1.5mm，轨头宽度极限偏差小于等于1.5mm，组织包括贝氏体。本发明生产的辙叉用钢具有高强度、高韧性、高表面质量，特别适宜作为高速和重载铁路用固定组合辙叉用材。

下面根据具体的实施例进行说明。

本发明实施例和对比例的辙叉经全程保护浇铸，优先采用0.002～0.010％低硫控制，实施例的化学成分如表1所示，对比例的化学成分和实施例类似。

表1实施例和对比例辙叉化学成分/％

实施例和对比例采用不同的加热工艺和轧制工艺，如表2和表3所示。

表2实施例和对比例加热工艺

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表3实施例和对比例轧制工艺

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实施例和对比例辙叉以热轧态或是热处理态冷却后，采用相同的200～400℃温度回火，回火时间为48～96h。

实施例和对比例按照TB/T 2344《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》要求，取拉伸试样并检验。同时，采用人工检测表面质量。拉伸和表面质量数据统计如表4所示。

表4实施例和对比例辙叉拉伸性能

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结合表1至表4，对比例的加热工艺、除磷工艺和轧制工艺的相关参数不在预设范围内，导致生产的辙叉的拉伸性能和表面质量不同程度地比实施例更差。本发明高表面质量辙叉用钢的生产方法提高了贝氏体辙叉强韧性，同时提高了表面质量，辙叉运行安全性提高。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。