名称:高纯净度、高精度、低残余应力钢轨短流程生产工艺

专利人: 董志洪

专利号:202210464907.8

技术领域

本发明涉及钢轨的生产工艺,是一种高纯净度、高精度、低残余应力钢轨的生产工艺。

背景技术

钢轨是铁路所需的重要基础材料,其质量和性能的好坏直接关系到铁路运输的安全,特别是随着高速重载铁路的发展,对钢轨的质量和性能的要求进一步提高,钢轨的纯净度、尺寸精度一直是对铁路行车安全关键问题,钢轨因夹杂物和残余应力大,造成剥落、掉块等损伤,影响钢轨的疲劳寿命,这是一个世界性的难题。

目前世界各国钢轨生产工艺是采用长流程工艺,即高炉——转炉——精炼——真空脱气——连铸大方坯——开坯轧机开坯——万能轧机中轧制——半万能精轧——平立联合矫直机矫直——超声波探伤——机械加工。这种工艺存在的主要问题是:

(1)流程长,能耗高,对环境污染严重。

(2)冶炼浇注过程中,钢水易受到污染和二次氧化,造成钢中夹杂,使钢轨疲劳寿命降低,和钢轨伤损。

(3)如图2所示,普通连铸钢坯采用矩形断面1,但开坯轧机孔型设计是采用不对称不均匀变形,即使后部采用万能孔型设计,可以对从开坯轧机出来的钢坯的不对称进行矫正,但仍很难保证钢轨断面対称性和轮廓的完整性,影响钢轨几何尺寸精度。

(4)采用的平立联合矫直工艺矫直钢轨,由于是采用反复弯曲对钢轨进行矫直,这种工艺因矫直压力大,造成钢轨残余应力大,使钢轨的抗疲劳性能降低,影响钢轨的使用寿命。

另一种工艺是要求采用电炉+LF+VD(RH)生产钢,采用真空水平连铸生产异形坯,采用全万能轧制,采用拉伸矫直。这种用真空水平连铸近终型异形坯+全万能轧制+拉伸矫直工艺,可以提高钢轨的纯净度、尺寸精度,降低残余应力提高钢轨抗疲劳寿命

有鉴于此,特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于,针对高速重载铁路用钢轨,提供一种高纯净度、高尺寸精度、低残余应力耐疲劳钢轨的生产新工艺。

本专利发明的短流程钢轨生产工艺,是针对目前长流程工艺存在的问题,提出的全新钢轨生产工艺流程,它包括冶炼、轧制和加工诸方面技术创新,全面提升钢轨性能。

为实现上述目的,本发明提供的高纯净度、高尺寸精度、低残余应力钢轨的生产工艺,依次包括冶炼、连铸、加热、初轧、中轧、精轧、冷却、矫直、在线热处理;

其中,所述冶炼采用电炉+LF+VD(RH)生产,所述连铸采用真空水平连铸异形坯生产,所述轧制采用全万能轧制,所述矫直采用拉伸矫直。

所述真空水平连铸,是在保证在真空度1Pa的条件下,对钢水连铸,防止钢水在浇铸过程中不被二次氧化产生夹杂,同时还可以降低各种有害气体含量,要求钢轨中的A、B、C、D类夹杂控制小于1级,使钢轨中气体H、0、N元素含量分别达到1ppm、5ppm、12ppm以下,使钢轨纯净度达到纯净钢水平。真空水平连铸是中间包和结晶器在真空条件下工作,避免了钢水被氧化。

同时,由于是直接连铸成近终型异形坯,减少轧制道次,提高了钢轨尺寸精度。

本发明采用全万能轧机轧制新工艺,包括:由万能粗轧机组、万能中轧机组、万能精轧机组组成万能孔型系统和轧机,特别是万能精轧机组是采用全万能设计;由于整个万能孔型系统是采用对称设计,使钢坯的变形是均匀对称,使钢轨断面对称性改善,尺寸精度提高。

本发明采用拉伸矫直钢轨的新工艺,其矫直原理与目前平立联合矫直是根本不同的,是一种全新钢轨矫直技术。它是在钢轨的两端施加拉力,在拉力超过钢轨的屈服强度,就可使钢轨沿着长度方向原来不同长度的纤维变成相同长度,从而使钢轨得到矫直。这种拉伸矫直工艺的残余应力极低,和热轧后钢轨的残余应力差不多。而辊式矫直工艺是通过对钢轨进行反复弯曲进行矫直,矫直后的钢轨在轨头、轨底存在很大拉应力,这种拉应力在火车通过时,与轮轨接触应力叠加,往往造成钢轨的疲劳破损。而拉伸矫直不仅不会造成钢轨大的拉应力,而且还可以提高钢轨的屈服强度,有利于钢轨克服磨耗、剥离掉块,延长钢轨的使用寿命。

本工艺与现有技术相比,其有益效果为:钢轨杂质少、纯度高,钢轨轨型精度高,残余应力小。
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