專(zhuān)利名稱：：低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鐵路用鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法，適用于小方坯連鑄中碳高硅微合金化調(diào)質(zhì)預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼的生產(chǎn)方法，專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于時(shí)速350公里/小時(shí)高速鐵路無(wú)砟軌道板預(yù)應(yīng)力拉桿的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
：鐵路原來(lái)使用的軌枕板為2.4mX0.5m，火車(chē)速度超過(guò)200公里時(shí)，車(chē)輪與軌道的接觸噪聲和振動(dòng)限制了火車(chē)的提速。近年來(lái)我國(guó)正在大量修建客運(yùn)專(zhuān)線，由于列車(chē)速度越來(lái)越高，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)與路基結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求。目前，我國(guó)正在修建的城際高速列車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)速為350公里/小時(shí)以上。為保證350公里/小時(shí)火車(chē)的穩(wěn)定行駛，將以前鋪設(shè)的單根軌枕?yè)Q成了2.4mX6m的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)砟軌枕板。無(wú)砟軌道板在生產(chǎn)出來(lái)之后，要先在蒸汽房42。C的高溫下養(yǎng)上8個(gè)小時(shí)，再到冷水池里泡澡3天，板面無(wú)不超過(guò)lmm的裂紋才算合格。軌枕板中橫向和縱向預(yù)應(yīng)力拉桿要求比普通軌枕鋼絲要具有更優(yōu)良的低松弛性能。同時(shí)，要求預(yù)應(yīng)力拉桿在惡劣環(huán)境中耐環(huán)境耐腐，耐氫質(zhì)腐蝕實(shí)驗(yàn)在70小時(shí)以上。以前鐵路軌枕鋼絲一般使用SWRH77B作為預(yù)應(yīng)力鋼絲，由于SWRH77B盤(pán)條抗拉強(qiáng)度偏高(11201150Mpa)、硬度大，在制作軌枕鋼絲時(shí)表面很容易出現(xiàn)裂紋，影響鋼絲的疲勞性能。這種無(wú)砟軌枕板由德國(guó)人設(shè)計(jì)，要求軌枕板中的鋼絲需要進(jìn)行300萬(wàn)次疲勞實(shí)驗(yàn)和"氫脆"實(shí)驗(yàn)，高碳鋼SWRH77B和SWRH82B盤(pán)條都達(dá)不到指標(biāo)要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法，采用中碳、高硅成分設(shè)計(jì)，調(diào)質(zhì)熱處理后保證原始盤(pán)條基礎(chǔ)強(qiáng)度；添加合金元素鉻、鈦、硼三者之間成分合理匹配，材料具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能，達(dá)到時(shí)速350公里/小時(shí)高速鐵路無(wú)砟軌道板預(yù)應(yīng)力鋼棒的要求。設(shè)計(jì)的鋼種抗拉強(qiáng)度控制在800900Mpa，通過(guò)一道次拉拔和淬火和回火處理工藝，材料的綜合力學(xué)性能在14201480Mpa;延伸率大于8%;通過(guò)氫質(zhì)應(yīng)力腐蝕70小時(shí)；疲勞壽命300萬(wàn)次、松弛率小于3.5%三項(xiàng)關(guān)鍵三項(xiàng)指標(biāo)要求，替代冷拉拔材SWRH77B和SWRH82B。本發(fā)明提供的拉桿用鋼為中碳調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分為碳0.34%0.38%，硅1.40%1.50%，錳0.75%0.95%，鉻0.60%0.80%，磷00.020%，硫00.015%，鈦00.02%，硼00.0060%，銅00.2%，余量為鐵；均為重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明的最佳成分范圍為碳0.35%0.37%，硅1.42%1.48%，錳0.82%0.88%，鉻0.72%0.82%，磷00.012%，硫00.015%，鈦0.01%0.02%，硼0.0045%0.0055%，銅00.20%，余量為鐵；均為重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明在鋼中加入合金Cr，使鋼中的Cr含量達(dá)到0.65X0.75%;在鋼中自由氧小于10ppm時(shí)，加入Ti起到固氮作用，加入硼線提高酸溶硼含量，減少氮化硼生成，以提高其熱處理的淬透性和韌性用Si做為其主要的強(qiáng)化元素，與C作為其強(qiáng)化元素相比較，鋼水流動(dòng)性好，減少小方坯連鑄"套眼"；用戶熱處理時(shí)淬透性好，晶粒和組織均勻；加工時(shí)強(qiáng)度低，盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度在860920Mpa之間，模具損耗小。熱處理后，材料的綜合力學(xué)性能穩(wěn)定，完全滿足高速鐵路350公里/小時(shí)無(wú)砟軌枕板預(yù)應(yīng)力拉桿的技術(shù)要求。本發(fā)明的生產(chǎn)方法的生產(chǎn)方法，包括鐵水脫硫扒渣、轉(zhuǎn)爐冶煉、擋渣出鋼、鋼包脫氧合金化、鋼水精煉、小方坯連鑄、高速線材軋機(jī)軋制、軋后控制冷卻；其特征在于，在生產(chǎn)過(guò)程中采取如下措施轉(zhuǎn)爐采用脫硫鐵水冶煉，雙渣法高拉碳出鋼，提高鋼水潔凈度，保證鋼中的磷小于0.012%;轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳控制在0.15重量％0.30重量％，溫度控制在15901620°C;擋渣出鋼，渣面厚度060mm;轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中加入脫氧劑-硅鈣鋇，進(jìn)行鋼水終脫氧，采用錳鐵和硅鐵進(jìn)行合金化，鉻鐵配鉻；LF爐精煉精煉過(guò)程中利用鋁?；螂娛M(jìn)行渣面脫氧，調(diào)成分進(jìn)控制范圍后，定氧活度氧小于10卯m后，加入鈦鐵吹氬23分鐘，流量為450500NL/min;在35分鐘之內(nèi)加完硼線；喂入硅鈣線2m/噸鋼，吹氬流量50120NL/min，吹氬時(shí)間在1520分鐘促使大顆粒夾雜物充分上?。贿B鑄采用全保護(hù)澆注，中間包采用堿性覆蓋劑；連鑄結(jié)晶器采用高熔點(diǎn)(半球熔點(diǎn)11801250°C)、高粘度(0.800.89Pa*s，1300°C)、低熔速5970秒，1350°C(溶化速度指標(biāo)準(zhǔn)試樣在規(guī)定溫度下完全溶化或液化所需要的時(shí)間來(lái)表示。該保護(hù)渣溶化時(shí)間為5970秒，在135(TC情況下)，鑄坯單位表面積保護(hù)渣消耗量較大(0.320.40kg/m2)，使得結(jié)晶器內(nèi)導(dǎo)熱熱阻變大，結(jié)晶器弱冷導(dǎo)熱均勻性得到改善，保證鑄坯表面質(zhì)量。鋼坯加熱溫度為10501100。C，開(kāi)軋溫度為10001100。C，吐絲溫度為820860°C，風(fēng)冷段一號(hào)風(fēng)機(jī)開(kāi)度為100%，其余風(fēng)機(jī)全部關(guān)閉，不加保溫罩，相變溫度區(qū)域，保持其0.52.(TC/秒較緩慢的冷卻速度，保證線材的通條性能；盤(pán)條經(jīng)過(guò)一道次拉拔后處理后，采用淬火溫度960°C980°C，回火溫度52055(TC調(diào)質(zhì)處理后，材料的抗拉強(qiáng)度在14201480Mpa之間；面縮率^50%;延長(zhǎng)率(試樣長(zhǎng)度為105mm)>9.0%。材料通過(guò)氫質(zhì)應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)間在70小時(shí)以上；疲勞斷裂壽命300萬(wàn)次、松弛率小于3.5%(荷載1000小時(shí));-4(TC低溫沖擊功不低于30KJ。本發(fā)明能夠穩(wěn)定生產(chǎn)高速鐵路無(wú)砟軌枕預(yù)應(yīng)力拉桿用盤(pán)條，替代目前使用的SWRH77B和SWRH82B。本發(fā)明采用小方坯連鑄生產(chǎn)中碳調(diào)質(zhì)鋼，專(zhuān)門(mén)用于高速鐵路350公里/小時(shí)無(wú)砟軌枕板預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼的生產(chǎn)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明可在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)實(shí)施，生產(chǎn)高速鐵路軌枕鋼絲的實(shí)例，其工藝路線為鐵水脫硫扒渣一轉(zhuǎn)爐冶煉一擋渣出鋼一鋼包脫氧合金化一鋼包精煉爐一鋁?；蛘唠娛婷撗跻?60mmX160mm方坯鑄機(jī)澆注一結(jié)晶器電磁攪拌配合末端電磁攪拌一高速線材軋機(jī)軋制一軋后緩冷一成品包裝。轉(zhuǎn)爐冶煉主要工藝參數(shù)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>采用上述工藝方法生產(chǎn)的350公里/小時(shí)高速鐵路無(wú)砟軌道枕預(yù)應(yīng)力拉桿用盤(pán)條，質(zhì)量穩(wěn)定，發(fā)給用戶使用反映良好。實(shí)施例1:爐號(hào)9B03010轉(zhuǎn)爐冶煉，原料鐵水加入量75噸，煉鋼生鐵11.5噸，廢鋼4.5噸，供氧工作氧壓7kg/cm2，供氧時(shí)間17分35秒；固結(jié)球團(tuán)806kg。石灰加入量4824kg，輕燒白云石1664kg;奧礦1761kg;終點(diǎn)碳0.27%，磷0.013%;出鋼溫度1613°C。脫氧合金化，硅f丐鋇250kg，硅錳500kg，硅鐵1550kg，碳素鉻鐵500kg。LF精煉爐，氬氣前期流量為510Nl/min，中期流量300Nl/min，后期氬氣流量50N1/min，合成渣加入600kg，埋弧渣300kg，出站氧活度為12卯m。5#鑄機(jī)，中包溫度1515°C，結(jié)晶器水量1657L/min，拉速1.75/min。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度850Mpa，面縮34.5%。盤(pán)條拉拔工藝①14.3mm—12.94mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例2:爐號(hào)9A03157轉(zhuǎn)爐冶煉，原料鐵水加入量74噸，煉鋼生鐵10.9噸，廢鋼4.7噸，供氧工作氧壓7.5kg/cm2，供氧時(shí)間16分33秒；固結(jié)球團(tuán)1306kg。石灰加入量4424kg，輕燒白云石1854kg;奧礦1488kg;終點(diǎn)碳0.22%，磷0.013%;出鋼溫度1613°C。脫氧合金化，硅f丐鋇250kg，硅錳500kg，硅鐵1550kg，碳素鉻鐵500kg。LF精煉爐，氬氣前期流量為490Nl/min，中期流量330Nl/min，后期氬氣流量50N1/min，合成渣加入600kg，埋弧渣300kg，出站氧活度為17卯m。5#鑄機(jī)，中包溫度1508°C，結(jié)晶器水量1659L/min，拉速1.75/min。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>面縮34.開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度99(TC，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度850Mpa，5%。盤(pán)條拉拔工藝①14.6mm—13.09mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>鋼棒檢測(cè)綜合性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3:爐號(hào)9A03158轉(zhuǎn)爐冶煉，原料鐵水加入量73.5噸，煉鋼生鐵11.2噸，廢鋼4.8噸，供氧工作氧壓7kg/cm2，供氧時(shí)間14分23秒；固結(jié)球團(tuán)666kg。石灰加入量4824kg，輕燒白云石1664kg;奧礦1162kg;終點(diǎn)碳0.30%，磷0.01%;出鋼溫度1613°C。脫氧合金化，硅鈣鋇250kg，硅錳500kg，硅鐵1550kg，碳素鉻鐵500kg。LF精煉爐，氬氣前期流量為460Nl/min，中期流量330Nl/min，后期氬氣流量50N1/min，合成渣加入600kg，埋弧渣300kg，出站氧活度為12卯m。5#鑄機(jī)，中包溫度1519°C，結(jié)晶器水量1657L/min，拉速1.75/min。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度830Mpa，面縮54.5%。盤(pán)條拉拔工藝①14.6mm—13.09mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>鋼棒檢測(cè)綜合性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例4:爐號(hào)9A03159轉(zhuǎn)爐冶煉，原料鐵水加入量74噸，煉鋼生鐵12.5噸，廢鋼4.3噸，供氧工作氧壓7kg/cm2，供氧時(shí)間17分32秒；固結(jié)球團(tuán)886kg。石灰加入量4334kg，輕燒白云石1154kg;奧礦1761kg;終點(diǎn)碳0.16%，磷0.017%;出鋼溫度1600°C。脫氧合金化，硅f丐鋇250kg，硅鐵1550kg，碳素鉻鐵500kg。LF精煉爐，氬氣前期流量為490Nl/min，中期流量350Nl/min，后期氬氣流量50N1/min，合成渣加入600kg，埋弧渣300kg，出站氧活度為12卯m。5#鑄機(jī)，中包溫度1513°C，結(jié)晶器水量1657L/min，拉速2.02/min。開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度870MPa，面縮44.5%。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度830Mpa，面縮54.5%。盤(pán)條拉拔工藝①14.6mm—13.29mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例5:爐號(hào)9803015轉(zhuǎn)爐冶煉，原料鐵水加入量75噸，煉鋼生鐵11.5噸，廢鋼4.5噸，供氧工作氧壓7kg/cm、供氧時(shí)間17分35秒；固結(jié)球團(tuán)806kg。石灰加入量4824kg，輕燒白云石1664kg;奧礦1761kg;終點(diǎn)碳0.27%，磷0.013%;出鋼溫度1613°C。脫氧合金化，硅f丐鋇250kg，硅鐵1550kg，碳素鉻鐵500kg。LF精煉爐，氬氣前期流量為500Nl/min，中期流量300Nl/min，后期氬氣流量50N1/min，合成渣加入600kg，埋弧渣300kg，出站氧活度為12卯m。5#鑄機(jī)，中包溫度1515°C，結(jié)晶器水量1657L/min，拉速1.65/min。開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度890MPa，面縮49.5%。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>0.0046開(kāi)軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度830Mpa，面縮54.5%。盤(pán)條拉拔工藝①14.6mm—13.29mm;熱處理工藝控制淬火溫度，°c<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求一種低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼，其特征在于，化學(xué)成分為碳0.34％～0.38％，硅1.40％～1.50％，錳0.75％～0.95％，鉻0.60％～0.80％，磷0～0.020％，硫0～0.015％，鈦0～0.020％，硼0～0.0060％，銅0～0.2％，余量為鐵；均為重量百分?jǐn)?shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿用鋼，其特征在于，碳O.35%0.37%，硅1.42%1.48%，錳0.82%0.88%，鉻0.72%0.82%，磷00.012%，硫00.015%，鈦0.01%0.02%，硼0.0045%0.0055%，銅00.20%，余量為鐵；均為重量百分?jǐn)?shù)。3.—種權(quán)利要求1或2所述的拉桿用鋼的生產(chǎn)方法，包括鐵水脫硫扒渣、轉(zhuǎn)爐冶煉、擋渣出鋼、鋼包脫氧合金化、鋼水精煉、小方坯連鑄、高速線材軋機(jī)軋制、軋后控制冷卻；其特征在于，在生產(chǎn)過(guò)程中采取如下措施轉(zhuǎn)爐采用脫硫鐵水冶煉，雙渣法高拉碳出鋼，提高鋼水潔凈度，保證鋼中的磷小于0.012%;轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳控制在0.15重量％0.30重量％，溫度控制在15901620°C;擋渣出鋼，渣面厚度060mm;轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中加入脫氧劑_硅鈣鋇，進(jìn)行鋼水終脫氧，采用錳鐵和硅鐵進(jìn)行合金化，鉻鐵配鉻；LF爐精煉精煉過(guò)程中利用鋁?；螂娛M(jìn)行渣面脫氧，調(diào)成分進(jìn)控制范圍后，定氧活度氧小于10ppm后，加入鈦鐵吹氬23分鐘，流量為450500NL/min;在35分鐘之內(nèi)加完硼線；喂入硅鈣線2m/噸鋼，吹氬流量50120NL/min，吹氬時(shí)間在1520分鐘促使大顆粒夾雜物充分上??；連鑄采用全保護(hù)澆注，中間包采用堿性覆蓋劑；連鑄結(jié)晶器采用高熔點(diǎn)，半球熔點(diǎn)11801250。C，高粘度0.800.89Pa*s1300。C，低熔速5970秒，1350。C，鑄還單位表面積保護(hù)渣消耗量0.320.40kg/tf，使得結(jié)晶器內(nèi)導(dǎo)熱熱阻變大，結(jié)晶器弱冷導(dǎo)熱均勻性得到改善，保證鑄坯表面質(zhì)量；鋼坯加熱溫度為1050IIO(TC，開(kāi)軋溫度為1000IIO(TC，吐絲溫度為820860°C，風(fēng)冷段一號(hào)風(fēng)機(jī)開(kāi)度為100%，其余風(fēng)機(jī)全部關(guān)閉，不加保溫罩，相變溫度區(qū)域，保持其0.52.(TC/秒較緩慢的冷卻速度，保證線材的通條性能；盤(pán)條經(jīng)過(guò)一道次拉拔后處理后，采用淬火溫度960°C980°C，回火溫度52055(TC調(diào)質(zhì)處理后，材料的抗拉強(qiáng)度在14201480Mpa之間；面縮率^50%;延長(zhǎng)率^9.0%，試樣長(zhǎng)度為105mm;材料通過(guò)氫質(zhì)應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)間在70小時(shí)以上；疲勞斷裂壽命300萬(wàn)次、松弛率小于3.5%，荷載1000小時(shí)；-4(TC低溫沖擊功不低于30KJ。4.根據(jù)權(quán)利3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述拉桿用鋼的化學(xué)成分為碳O.34%0.38%，硅1.40%1.50%，錳0.75%0.95%，鉻0.60%0.80%，磷00.020%，硫00.015%，鈦00.02%，硼00.0060%，銅00.2%，余量為鐵；均為重量百分?jǐn)?shù)。全文摘要一種低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法，屬于鐵路用鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
，采用Si作為其主要強(qiáng)化元素，Cr、Ti和B微合金化，使得材料在熱處理時(shí)具有優(yōu)良的綜合性能。生產(chǎn)流程包括冶煉、精煉、連鑄工序和軋制工序，冶煉工序是在電爐或者轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行，經(jīng)LF精煉精煉，連鑄成鑄坯。原材料經(jīng)過(guò)熱處理工藝后，力學(xué)性能在1420～1480MPa；延伸率≥9.0％；耐氫質(zhì)應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)間在70小時(shí)以上；疲勞斷裂壽命300萬(wàn)次以上；1000小時(shí)松弛率小于3.5％；低溫沖擊功不低于30KJ，專(zhuān)門(mén)應(yīng)用350公里/小時(shí)高速鐵路無(wú)砟軌枕板預(yù)應(yīng)力拉桿用鋼的生產(chǎn)。文檔編號(hào)B22D11/111GK101792884SQ20091024317公開(kāi)日2010年8月4日申請(qǐng)日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者丁寧,蘭代旺,葉少鋒,周德,喻黃海,孔祥濤,孫佳,孫齊松,張寶全,李三凱,李永東,王全禮,王立峰,王莉,趙福林,鄭權(quán),黃細(xì)陽(yáng)申請(qǐng)人:首鋼總公司