专利名称：一种减小钢轨脱碳层厚度的方法
技术领域：
本发明涉及钢轨轧制技术领域，更具体地讲，涉及一种减小钢轨脱碳层厚度的方法。
背景技术：
国内外研究表明，钢轨钢的脱碳层厚度对钢轨的使用效果具有直接影响。因此，相关国内外钢轨标准对脱碳层厚度要求是< 0. 50mm。同时从使用角度出发，要求脱碳层厚度 (或者，也可被称为深度)越小越好。与其它大多数钢铁材料一样，钢轨属于一种高温加工产品，其在高温加工、生产过程中，不可避免地会在产品表面形成一定厚度的脱碳层。当前国内均是采用长380毫米、宽280毫米的矩形方坯生产60kg/m钢轨。在生产过程中，如果加热气氛、加热温度和加热时间控制不合理，例如在微氧化气氛加热条件下，当加热时间达到7小时时，成品钢轨的脱碳层厚度将达到0. 70mm，这远远超过钢轨钢对其脱碳层厚度的标准要求。此外，在现有技术中，通常采用气氛控制(氧化气氛或还原气氛)来控制钢轨的脱碳层厚度。具体来讲，在流水化工艺流程中，多个钢坯以均勻的速度(例如，步进速度)连续通过加热炉的预热段、加热段和均热段，从而实现对钢坯的加热同时控制钢坯的脱碳层厚度。然而，为了保证脱碳层厚度50mm，其加热时间通常不能过长(例如，在4个小时内)。因此，当后续工艺出现异常情况而需要将钢坯保温在加热炉中时，上述方法就难以实现将脱碳层厚度控制为< 0. 50mm。此外，在现有技术中，采用连铸方坯轧制钢轨时，通常在保证性能的情况下，要求压缩比不能低于9。压缩比是指方坯横断面积与钢轨横断面积之比。按照轧制理论，压缩比越大，轧件越容易产生劈头现象，从而造成轧件冲击设备，使生产无法正常进行，因此，通常压缩比不能超过15。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种能够在确保生产过程中轧件不出现劈头现象的情况下，将钢轨的脱碳层厚度减小至0. 50mm以下的方法。此外，本发明的另一目的在于提供一种当轧制工艺出现特殊情况而需要将钢坯的加热时间延长(例如，延长至5小时或7小时)时，也能够顺利将钢轨脱碳层厚度减小至0.50mm以下的方法。本发明的方法可用于生产具有脱碳层厚度不超过0. 50mm的U71Mn钢轨。本发明提供了一种减小钢轨脱碳层厚度的方法。所述方法包括依次对钢坯进行加热、开坯轧制和万能轧制的步骤，其中，所述加热步骤将钢坯的温度加热至大于或等于 1220°C并小于或等于1250°C的范围内，所述加热步骤的加热时间不大于7小时，并且在所述加热步骤中，在钢坯温度小于或等于800°C时，将空气过剩系数控制为1. 10 1. 15，在钢坯温度大于800°C并小于1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 95 1. 00，在钢坯温度大于或等于1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 90 0. 95 ；将所述万能轧制步骤的压缩比控制为 2. 70 2. 75。根据本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其中，所述钢坯为方坯，其尺寸可以为 450mmX 360mm、380mmX 280mm 或 325mmX 280mm ；所述钢轨的规格可以为 60kg/m、75kg/m、 50kg/m 或 43kg/m。根据本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其中，在所述钢坯为方坯且钢坯的尺寸为450mmX360mm、所述钢轨的规格为60kg/m的情况下，可以将所述开坯轧制步骤的压缩比控制为7. 40 7. 53。根据本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其中，所述加热步骤的加热时间可以为大于或等于5小时。根据本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其中，所述加热步骤可以通过在预热段将钢坯的温度控制为小于或等于800°c、在加热段将钢坯的温度控制为大于800°C并小于1200°C以及在均热段将钢坯的温度控制为大于或等于1200°C来实现。与现有技术相比，本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法的有益效果包括能够在确保生产过程中轧件不出现劈头现象的情况下，将钢轨的脱碳层厚度减小至0. 50mm以下； 当轧制工艺出现特殊情况而需要将钢坯的加热时间延长(例如，延长至5小时或7小时) 时，也能够顺利将钢轨的脱碳层厚度控制在0. 50mm以下，因此，本发明的方法的适应性更强。
图1为根据本发明示例实施例的加热钢坯的示意图。
具体实施例方式在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细描述本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法。尤其适合于生产具有脱碳层不大于0. 50mm的U71Mn钢轨。根据本发明的减小钢轨脱碳层厚度的方法包括依次对钢坯进行加热、开坯轧制和万能轧制的步骤，其中，所述加热步骤将钢坯的温度加热至大于或等于1220°C并小于或等于1250°C的范围内，所述加热步骤的加热时间不大于7小时，并且在所述加热步骤中，在钢坯温度小于或等于800°C时，将空气过剩系数控制为1. 10 1. 15，在钢坯温度大于800°C并小于1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 95 1. 00，在钢坯温度大于或等于1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 90 0. 95 ；将所述万能轧制步骤的压缩比控制为2. 70 2. 75。在本发明中，在加热步骤将钢坯的目标温度设置为1220°C 1250°C，是为了满足后续的开坯轧制和万能轧制步骤对钢坯温度的要求。在加热步骤中，在钢坯温度小于或等于80(TC时，将空气过剩系数控制为1. 10 1. 15，能够实现在弱氧化气氛下预热钢坯，同时具有中和加热段和均热段还原气氛，保护加热装备作用；在钢坯温度大于800°C并小于 1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 95 1. 00,能够实现在弱还原气氛下预热钢坯；在钢坯温度大于或等于1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 90 0. 95，能够实现在弱还原气氛下预热钢坯，使钢坯整体温度趋于一致。在本发明的方法中，当所述加热步骤的加热时间大于7小时可能会出现因加热时间过长而导致钢轨的脱碳层厚度大于0. 50mm的情况，因此， 将所述加热步骤的加热时间控制为不大于7小时。因此，当轧制工艺出现特殊情况而需要将钢坯的加热时间延长(例如，延长至5小时或7小时)时，本发明的方法也能够顺利生产出脱碳层厚度不超过0. 50mm的钢轨。通常，将超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量Va与理论空气量Vatl之比定义为空气过剩系数α，其中，单位重量燃料完全燃烧时所需要的空气量，称为理论空气量。在本发明中，空气过剩系数是指实际空气量与诸如煤气、重油等燃料所消耗的理论空气量的比值。此外，发明人经过多次试验发现，通常轧件最容易在万能轧制步骤产生劈头现象， 因此，在本发明的方法中，将所述万能轧制步骤的压缩比控制为2. 70 2. 75，从而能够避免轧件在万能轧制步骤出现劈头现象。此外，在本发明的方法的一个实施例中，所述加热步骤可通过在加热炉的预热段将钢坯的温度控制为小于或等于800°C并将空气过剩系数控制为1. 10 1. 15、在加热炉的加热段将钢坯的温度控制为大于800°C并小于1200°C并将空气过剩系数控制为0. 95 1.00以及在加热炉的均热段将钢坯的温度控制为大于或等于1200°C并将空气过剩系数控制为0. 90 0.95来实现。此外，在本发明的方法中，所述钢坯为方坯，其尺寸可以为450mmX360mm、 380mmX^0mm或325mmX^0mm等常用于轧制钢轨的钢坯，生产得到的钢轨的规格可以为 60kg/m,75kg/m,50kg/m或43kg/m。本领域技术人员能够根据钢坯的尺寸和钢轨的规格来确定压缩比。例如，在所述钢坯的尺寸为450mmX360mm、所述钢轨的规格为60kg/m的情况下，轧制的压缩比约为20. 3。在本发明的方法中，在所述钢坯的尺寸为450mmX360mm、所述钢轨的规格为60kg/m的情况下，将所述开坯轧制步骤的压缩比控制为7. 40 7. 53，相应地的万能轧制步骤的压缩比为2. 70 2. 75，从而通过合理控制开坯轧制步骤的压缩比和万能轧制步骤的压缩比，在避免轧件出现劈头现象的情况下，制得了规格为60kg/m的U71Mn 钢轨。在本发明中，所述U7 IMn钢轨为国家标准GB2585-2007中的铁路用热轧钢轨 U71Mn。其化学成分和主要力学性能要求如表1和表2所示。表lU71Mn钢轨的化学成分要求(按重量百分比计)
CSiMnSPVNb0. 65-0. 760. 15-0. 351. 10-1. 40sS 0. 030sS 0. 030sS 0. 030sS 0. 010表2U71Mn钢轨的主要力学性能要求
抗拉强度(N/mm2)断后伸长率A/%不小于880不小于9 以下，将通过具体示例1至示例32来详细说明本发明的方法。
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下面的示例1至32采用由预热段、加热段和均热段组成的步进式加热炉来实现本发明的方法的加热步骤及气氛控制；并采用开坯轧制机组和万能轧制机组来分别实现本发明的方法的开坯轧制步骤和万能轧制步骤。钢坯的尺寸为450mmX360mm，钢轨的规格为 60kg/m、75kg/m或50kg/m。图1为根据本发明示例的加热钢坯的示意图。如图1所示，A 区、B区和C区分别为步进式加热炉的预热段、加热段和均热段，E为步进式加热炉入口，F 为步进式加热炉出口，G为450 X 360mm钢坯。步进式加热炉的步进速度为^iin/步。表3示出了示例1 32的加热步骤参数及脱碳层厚度情况。在示例1至32中， 在步进式加热炉的预热段将钢坯温度控制为< 800°C，并将空气过剩系数控制在1. 10 1. 15的范围内；在步进式加热炉的加热段将钢坯温度控制在800 1200°C的范围内，并将空气过剩系数控制在0. 95 1. 00的范围内；在步进式加热炉的均热段将钢坯温度控制为不小于1200°C并不大于钢坯的目标温度(即，1220 1250°C )，并且将空气过剩系数控制在0.90 0.95的范围内。然后，在1200 1050°C的温度区间进行开坯轧制(也称为BD 区粗轧)，接下来在1050 900°C的温度区间进行万能轧制(也称为万能区精轧)，最终形成具有脱碳层厚度不大于0. 50mm的60kg/m钢轨。表3示例1 32的加热步骤参数及脱碳层厚度
权利要求
1.一种减小钢轨脱碳层厚度的方法，所述方法包括依次对钢坯进行加热、开坯轧制和万能轧制的步骤，其特征在于，所述加热步骤将钢坯的温度加热至大于或等于1220°c并小于或等于1250°C的范围内，所述加热步骤的加热时间不大于7小时，并且在所述加热步骤中，在钢坯温度小于或等于800°C时，将空气过剩系数控制为1. 10 1. 15，在钢坯温度大于800°C并小于1200°C时， 将空气过剩系数控制为0. 95 1. 00，在钢坯温度大于或等于1200°C时，将空气过剩系数控制为0. 90 0. 95 ；将所述万能轧制步骤的压缩比控制为2. 70 2. 75。
2.根据权利要求1所述的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其特征在于，所述钢坯为方坯， 其尺寸为 450mmX 360mm、380mmX ^Omm 或 325mmX ^Omm ；所述钢轨的规格为 60kg/m、75kg/ m、50kg/m 或 43kg/m。
3.根据权利要求1所述的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其特征在于，在所述钢坯为方坯且钢坯的尺寸为450mmX 360mm、所述钢轨的规格为60kg/m的情况下，将所述开坯轧制步骤的压缩比控制为7. 40 7. 53。
4.根据权利要求1所述的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其特征在于，所述加热步骤的加热时间为大于或等于5小时。
5.根据权利要求1所述的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其特征在于，所述加热步骤通过在预热段将钢坯的温度控制为小于或等于800°C、在加热段将钢坯的温度控制为大于 800°C并小于1200°C以及在均热段将钢坯的温度控制为大于或等于1200°C来实现。
6.根据权利要求1所述的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其特征在于，所述钢轨为U71Mn 钢轨。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的减小钢轨脱碳层厚度的方法，其特征在于，所述脱碳层厚度不大于0. 50mm。
全文摘要
本发明提供了一种减小钢轨脱碳层厚度的方法。所述方法包括依次对钢坯进行加热、开坯轧制和万能轧制的步骤，加热步骤将钢坯的温度加热至1220℃～1250℃的范围内，加热时间不大于7小时，并且在加热步骤中，在钢坯温度不大于800℃时，将空气过剩系数控制为1.10～1.15，在钢坯温度为800℃～1200℃时，将空气过剩系数控制为0.95～1.00，在钢坯温度不小于1200℃时，将空气过剩系数控制为0.90～0.95；将所述万能轧制步骤的压缩比控制为2.70～2.75。本发明的方法能够在确保生产过程中轧件不出现劈头现象的情况下，将钢轨的脱碳层厚度减小至0.50mm以下，并且本发明具有更好的适应性。
文档编号C21D9/04GK102399959SQ201110367248
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者王代文, 赵文, 邓勇, 邹明, 郭华, 韩振宇 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司, 攀钢集团有限公司, 攀钢集团研究院有限公司