本發(fā)明屬于鋼鐵材料，具體涉及一種減少鋼軌脫碳層厚度的加熱方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對交通運(yùn)輸能力，尤其是鐵路運(yùn)輸?shù)囊笤絹碓礁?，不斷朝著高速和重載方向發(fā)展。而鋼軌作為引導(dǎo)列車和直接承受列車壓力的關(guān)鍵性產(chǎn)品，國內(nèi)外對鋼軌性能提出了更加苛刻的要求，其中鋼軌踏面脫碳層是影響其使用性能的重要方面。

2、影響鋼軌脫碳的主要因素包括化學(xué)成分、加熱溫度、加熱時(shí)間以及加熱氣氛等，其中化學(xué)元素是影響脫碳問題的內(nèi)在因素，含碳量作為主要元素尤為重要。重軌鋼大多為珠光體組織，如u71mn、u75v等，均有著較高的含碳量，使得鋼軌硬度增加并且具有良好的耐磨性，但是鋼坯在加熱階段的氧化、脫碳情況較嚴(yán)重，所以在生產(chǎn)中需要通過外在因素的加熱溫度、加熱時(shí)間以及加熱氣氛來改善脫碳情況。鋼軌脫碳后將直接影響其使用性能，導(dǎo)致踏面硬度不合格、耐磨性差以及疲勞強(qiáng)度降低等，嚴(yán)重影響重載鐵路的行車安全和使用壽命。

3、國內(nèi)外對鋼軌脫碳層厚度有著嚴(yán)格的要求，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定脫碳層≤0.5mm，各生產(chǎn)廠家也為減少脫碳層厚度開展了大量的研究工作，如利用防脫碳涂料噴涂技術(shù)，但使用涂料會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加。申請?zhí)枮閏n201310457399.1的專利公開了一種能減少熱軋鋼軌踏面脫碳深度的方法，采用步進(jìn)式加熱爐加熱，并控制各段空燃比；但其加熱制度多達(dá)5個(gè)加熱段和5個(gè)均熱段，僅在實(shí)驗(yàn)室易于操作，在工業(yè)生產(chǎn)中難以滿足應(yīng)用條件。申請?zhí)枮閏n201510937456.5的專利公開了一種減小重軌脫碳層的加熱方法，其通過步進(jìn)式加熱爐采用三段式加熱，減小了重軌脫碳層深度，重軌脫碳廢品率和改判品率得到很好的控制；但其要求均熱段溫度較高且有較強(qiáng)的氧化性氣氛，通過氧化層覆蓋脫碳層來減少脫碳層深度，對鋼坯的燒損情況嚴(yán)重，造成生產(chǎn)成本增加。申請?zhí)枮閏n?201811150100.7的專利公開了一種控制高碳鋼軌脫碳層深度的加熱生產(chǎn)方法，可使碳含量在0.74～0.79wt％的高碳鋼軌踏面脫碳層深度小于0.5mm，但是該專利技術(shù)要求預(yù)熱段、加熱段和均熱段均采用氧化性氣氛，增加鋼坯的氧化燒損，造成成本提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明目的在于解決鋼軌鋼在加熱過程中脫碳嚴(yán)重的問題，通過對鋼坯入爐前富氧處理以及加熱工藝的溫度和氣氛控制，利用致密氧化層作為保護(hù)層，調(diào)整均熱段的還原性氣氛，以實(shí)現(xiàn)鋼軌表面脫碳層厚度減少，達(dá)到0.3mm以下；該工藝條件簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；避免了鋼坯的嚴(yán)重?zé)龘p，能夠降低制造成本；解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種減少鋼軌脫碳層厚度的加熱方法，所述加熱方法包括：加熱溫度控制、加熱氣氛控制和加熱時(shí)間控制。

3、鋼軌的生產(chǎn)工藝流程為：真空冶煉→連鑄坯→步進(jìn)式加熱爐→高壓水除磷→鋼軌軋制→冷床→矯直→探傷→在線檢查→入庫發(fā)貨。脫碳過程主要發(fā)生在坯料加熱過程中，因此，需要控制鋼坯在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)的加熱條件。

4、所述加熱溫度控制，采用步進(jìn)式加熱爐，分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段；所述預(yù)熱段溫度控制在750～850℃，加熱段溫度控制在1150～1200℃，均熱段溫度控制在1100～1200℃。

5、鋼軌坯料在高溫條件下，最外層碳原子由于熱擴(kuò)散隨著溫度的升高而更加劇烈運(yùn)動(dòng)，從而躍遷至鋼坯表面，與同樣吸附在表面向內(nèi)擴(kuò)散的氧原子發(fā)生反應(yīng)，形成氣體逸散出去，導(dǎo)致鋼軌外層造成了一定厚度的碳原子缺失，也就是脫碳層的產(chǎn)生。因此，在滿足軋制工藝的條件下，應(yīng)降低鋼坯的加熱溫度，并且控制鋼軌坯料以熱裝方式入爐，入爐溫度不低于750℃。

6、所述加熱氣氛控制，由于在高溫氧化氣氛下，鋼坯表面還會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的氧化鐵皮分為致密的fe3o4和疏松的feo，fe3o4覆蓋于最外層可以阻礙原子擴(kuò)散。在鋼坯溫度低于850℃時(shí)，即使預(yù)熱段處于較高的氧含量環(huán)境，脫碳反應(yīng)也不易發(fā)生，而是將連鑄時(shí)表面生成的feo轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅躥e3o4作為保護(hù)層，并在加熱段和均熱段降低氧含量，處于還原氣氛，抑制脫碳和氧化反應(yīng)的程度，減少不必要的燒損。因此，對熱裝鋼坯入爐前進(jìn)行氧含量大于28％的富氧噴風(fēng)處理，以10mpa的射流沖擊在溫度不低于950℃的鋼坯上，處理時(shí)間為45～60s，目的是為了清除鋼坯表面易脫落的氧化鐵皮且將氧化層組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿膄e3o4作為保護(hù)層，并將加熱爐預(yù)熱段的空氣過剩系數(shù)控制為1.20～1.25，加熱段的空氣過剩系數(shù)控制為0.9～1.0，均熱段的空氣過剩系數(shù)控制為0.85～0.90。(空氣過剩系數(shù)是指爐內(nèi)燃料需要消耗的理論空氣量與爐內(nèi)實(shí)際空氣量的比值，當(dāng)?shù)陀?.0時(shí)代表爐內(nèi)的空氣量不足以支撐鋼坯氧化反應(yīng)的進(jìn)行，即還原氣氛。)

7、所述加熱時(shí)間控制，由于在預(yù)熱段生成致密fe3o4層，需停留足夠的時(shí)間，才能生成一定厚度和強(qiáng)度的保護(hù)層，并且在1200℃左右時(shí)加熱時(shí)間過長會(huì)使fe3o4融化粘附在鋼坯表面造成除鱗困難。因此，預(yù)熱段加熱時(shí)間應(yīng)不少于20min，均熱段加熱時(shí)間應(yīng)不超過30min，鋼坯總加熱時(shí)間不應(yīng)超過3h。

8、采用上述一種減少鋼軌脫碳層厚度的加熱方法，制造的百米熱軋及在線熱處理鋼軌，其脫碳層厚度小于0.3mm。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

10、①本發(fā)明通過對加熱工藝調(diào)整，改變加熱溫度和加熱氣氛，將熱裝鋼坯入爐前富氧處理，利用表面轉(zhuǎn)變致密氧化層作為保護(hù)層，同時(shí)降低了鋼坯的氧化燒損，并調(diào)整均熱段的還原性氣氛，從而抑制脫碳反應(yīng)的程度，以實(shí)現(xiàn)鋼軌表面脫碳層厚度減少，達(dá)到0.3mm以下。

11、②本發(fā)明通過熱裝坯料，降低加熱段、均熱段的氧含量和減少在爐時(shí)間，在減少脫碳層厚度的基礎(chǔ)上，減少了不必要的氧化燒損，節(jié)約了原料成本和燃料消耗，以及后續(xù)的除鱗難度。

技術(shù)特征：

1.一種減少鋼軌脫碳層厚度的加熱方法，其特征在于，所述加熱方法包括加熱溫度控制、加熱氣氛控制和加熱時(shí)間控制；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱方法，其特征在于，控制鋼軌坯料以熱裝方式入爐，入爐溫度不低于750℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱方法，其特征在于，對熱裝鋼坯入爐前進(jìn)行氧含量大于28％的富氧噴風(fēng)處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱方法，其特征在于，所述加熱溫度控制的預(yù)熱段溫度為750～850℃，加熱段溫度為1150～1200℃，均熱段溫度為1100～1200℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱方法，其特征在于，所述預(yù)熱段加熱時(shí)間不少于20min，均熱段加熱時(shí)間不超過30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱方法，其特征在于，所述富氧噴風(fēng)處理是以10mpa的射流沖擊在溫度不低于950℃的鋼坯上，處理時(shí)間為45～60s。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述加熱方法制造的鋼軌，其特征在于，所述鋼軌的脫碳層厚度小于0.3mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種減少鋼軌脫碳層厚度的加熱方法，包括加熱溫度控制、加熱氣氛控制和加熱時(shí)間控制；將加熱爐預(yù)熱段的空氣過剩系數(shù)控制為1.20～1.25，加熱段的空氣過剩系數(shù)控制為0.9～1.0，均熱段的空氣過剩系數(shù)控制為0.85～0.90；鋼坯總加熱時(shí)間不超過3h。該方法解決了鋼軌鋼在加熱過程中脫碳嚴(yán)重的問題，通過對鋼坯入爐前富氧處理以及加熱工藝的溫度和氣氛控制，利用致密氧化層作為保護(hù)層，調(diào)整均熱段的還原性氣氛，以實(shí)現(xiàn)鋼軌表面脫碳層厚度減少，達(dá)到0.3mm以下；該工藝條件簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；避免了鋼坯的嚴(yán)重?zé)龘p，能夠降低制造成本。

技術(shù)研發(fā)人員：王冬,賈宏斌,桂林,金紀(jì)勇,廖德勇,張瑜,于海鑫,王冬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鞍鋼股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10