高速铁路用钢轨生产技术

1、高速铁路用钢轨生产技术第32卷第2期2006年4月包钢科技Science&TechnologyofBaotouSteel(Group)CorporationApril,2006高速铁路用钢轨生产技术智建国(包钢(集团)公司技术中心,内蒙古包头014010)摘要:采用铌稀(BNhRE)钢种,进行了钢的高纯净度,无缺陷连铸坯,高精度轧制,在线检验及相关技术研究,形成高级别钢轨生产工艺.结果表明:生产的钢轨能够满足时速200公里客运专线60ks/m钢轨暂行技术条件的技术指标.关键词:铌稀土钢;200kan/h客运专线;钢轨中图分类号:TG142.12文献标识码:B文章编号:10095

2、438(2006)02000103TechnologyforProductionofRailsforHighspeedRailroadsZHIJian?guo(TechnicalCenterofBtlotoLtSteel(Group)Corporation,BtlotoLt014010,NeiMonggol,China)Abstract:BNbREsteelwasadopted,andresearchonsteelofhighcleanness,concastdefectfreebloom,highprecisionrollir,g,onhaveshownrailsthatweremadeco

3、uldmeetthetechnicalrequirementsofTemporaryTechnologicalTermsof60ks/mSteelRaiIsfor200km/hSpecialRailwaysforTransportofPassengers.Keywords:BNbREsteel;200km/hspecialrailwaysfortransperlofpassengers;rail铁路的高速化是铁路运输未来发展的主要方向.作为铁路主要构件的钢轨的发展趋势是:高强度,纯净化,严格控制钢中夹杂物,提高钢轨平直度和尺寸精度¨-2J.为了适应这种发展趋势,包钢利用自己的资源特点

4、开发了高强耐磨铌稀土钢轨L3J,进行了以连铸为标志的炼钢改造和轧钢生产线改造J,重轨生产装备达到世界先进水平,开展了高洁技术指标要求进行了高速轨生产工艺设计和实践.1工艺设计在时速200公里客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件中,除具体提出了钢轨钢冶炼方法,轧制工艺外,对钢中残留元素范围,特别是钢中全Al,H,O,非金属夹杂物,钢轨组织和性能有明确的要求.与常规重轨相比,钢轨的断裂韧性,疲劳裂纹面,尺寸允许偏差,平直度和扭曲度等,高速轨的技术指标共计17项.结合包钢资源,装备,工艺特点,确定利用铌稀土(BNbRE)钢种,采用铁水预处理,复吹转炉冶炼,无铝终脱氧,LF精炼造白渣,VD真空处理,全

5、程吹氩搅拌,保护浇注,大方坯连铸低过热度浇铸,进行结晶器电磁搅拌和用280in/n×380mm规格的坯型使钢坯轧制60kg/m重轨的压缩比大于l2的炼钢工艺.轧钢方面进行微机控制钢坯加热,高压水除收稿日期:20060230作者简介:智建国(1964一),男,内蒙古丰镇县人,硕士,炼钢正高级工程师,现从事新产品开发工作.2包钢科技第32卷设定就是为了控制更精确.2结果及分析讨论为了提高运行速度和平稳性,铁路都焊接成无缝线路.为保证焊接质量,要求钢轨的成分控制范围要窄.58炉成品轨成分和统计分析(见表2)结果说明:碳,硅,锰,磷,硫及铌的分布范围统计平均值,目标值与实际中值一致,标准误差

6、小,成分范围区域窄.由于用高炉铁水冶炼,废钢加入量5t左右,所以残留元素带人少,实际残留元素含量远远小于要求值.9l%炉次的成品轨C在0.73%0.77%,100%的炉次WSi在0.67%一0.78%范围,WMn在1.05%一1.15%范围的占92%.表1钢种成分及内控指标(B)%表2成品轨主要成分(W%CSiMnP平均误差中值模式区域最小值最大值标准传统的重轨生产,钢中需要有一定的Al,主要目的是保证钢的低氧量,同时Al与N形成A1N,起使形成较多的A1203夹杂物,研究表明在钢的洁净度提高的情况下,A1203夹杂物是钢轨疲劳断裂的裂纹源,所以要求高速轨钢中WA10.004%.采用无铝脱氧工

7、艺和精炼处理过程的搅拌,降低了Al的100%的炉次WA1<0.005%,其中5l%炉次0.004%.因为目前Al的分析下限在0.005%,所以小于0.005%就作为符合指标要求的下限.根据铌稀土重轨钢抗拉强度与化学成分的回归关系,碳当量形式的成分加权值与抗拉强度的呈线性关系.据此,进行了Ceql=WC+0.8WSi+0.45WM_n和CecI2=WC+0.8WEsi+0.45WMn+0.17WP+0.26WS+5.4WNb与抗拉强度的线性关系分析.(结果见图1),两种线性趋势基本一致,说明主成分决定的性能指标能够反映重轨实际性能情况,也说明通过成分精确控制可以保证成品性能在一定范

8、围.垒曩髓蜒O8O0GO挂O020*0.l7O1eO1,9O2OO21022O黛奎爱图l碳当量与抗拉强度的关系2.2氢,氧,氮及夹杂物控制炼钢过程通过控制材料的水分,中间包烘烤工艺,VD真空处理以及成品轨缓冷工艺,控制钢水中××WH的分布情况.图2H在各工位的分布情况第2期高速铁路用钢轨生产技术310,都小于2.5X10,经过缓冷成品轨H平¨X10的要求值.由于采用无铝脱氧后,A1N析出所需的N非常少,所以考虑了氮的控制.钢轨中N平均51.7X10,最小能够达到32.7X10.铌稀土轨也属于微合金钢,钢中一定的氮与Nb结合成NbCN,弥散分布于基体中,发挥了Nb细

9、晶强化和弥散强化作用.图3是LF炉后到成品轨钢中O夸的变化情况,平均l6.8X10,最大19.6X10,小于条件要求的20.0X10值.成品轨中,A类硫化物,B类氧化铝,c类硅酸盐,D类球状氧化物平均分别是1.4,0.69,0.80,0.60级,最大1.5,1.5,1.0,1.0,见表3.由于进行铁水预处理以及精炼过程的深脱硫,钢中夹杂物的存在形态也发现,单独的氧化铝夹杂物几乎没有,只是和硅酸盐的复合夹杂物中能够观测到.表4中可以看出,夹杂物总量平均在33.2X10,主夹杂物,氧化铝夹杂物占总量21%左右,与金相分析结果一致.嚣av芒.目ittlz.日in.LF后vD后中阔色铜孰工位图3O在各

10、工位的分布情况表3成品轨中非金属夹杂物级表4成品轨中电解夹杂物(WB)×10总量FeOSiO2MgoTiO2CaOAI203范围22.5/57.10.3/2.510.5/47.10.9/I.90.4/0.80.1/1.05.4/9+6要求高速轨的抗拉强度R980MICa,实际58全部大于10%,平均13.4%.表5成品轨力学性能抗拉强度R,延伸率A,面缩率的平均值,分析中值与分析模式控制值完全一致,说明在主成分窄范围控制的基础上,其它工艺过程参数控制也断,挠度平均在38.1mill.成品轨轨头踏面中心线的表面硬度分布范围是平均292.8HB,范围288295HB,区域7HB,硬度变化

11、值远远小于30HB要求范围,这个结果也说明钢轨通长性能稳定.成品轨低倍检验结果均未发现白点及超限的缩孔残余,内裂,异金属夹杂物,翻皮,分层,肉眼可见条件要求.通过高精度轧制工艺研究,钢轨精轧调整模型研究,轧制孔型优化设计,矫直工艺研究,双向液压自动矫直工艺提高钢轨轨端平直度的研究等,重点在解决端头下弯,表面刮伤,轨头轨底不对称,锯斜等缺陷上采取了技术措施.影响铌稀土高速轨平直度的主要原因是弯头约占80%,弯曲约10%,端头锯斜约5%,其它(刮伤,短尺,矫痕等)约5%.(下转第9页)第2期解决原料制约包钢发展问题的途径93结束语为彻底解决尾矿坝的环境污染问题以及铁矿石的运输问题,建议采用第二方案

12、(减少60%的运送量).即新建一条输水管道,把黄河水引入白云矿区,在采矿场附近建选矿厂,用铁路运输精矿粉或者烧结矿到包钢炼铁厂.该项目的实施,通过合作合资招商引资等多种办法来实现.不仅解决了包钢原料的制约问题,而且也是打造"绿色包钢",构建包头市和谐社会的重oooooooooooo(上接第3页)表6,表7是成品高速轨尺寸的精度范围和平直度范围,结果均在暂行条件要求的范围内.表6成品轨尺寸偏差rain轨端(左)垂直水平轨端(右)垂直水平轨端(中)垂直水平标准结果上限最大最小平均铌稀土高速轨断裂韧性,常温下KIC的平均值是33,8MPam,最小33.0MPam;一20KIC的一

13、化学成分的试样,随着试验温度的下降,KIC降低不多,一20%只比常温降低1.6MPam,这说明BNbRE钢轨具有较好的低温韧性.高速轨试样拉压疲劳检验,其条件疲劳极限要举措.参考文献J.包钢科技,2005,(4):2.关问题的思考J.包钢科技,2003,(5):1.系研究J.中国矿业,2005,(11):27.<,oo<,o<,<,ooooo'一.为367.08MPa,大大超过暂行技术条件要求的条件:总应变幅为1350,ue时(即相当于应力幅为1350×10××10一=279MPa),试样的疲劳寿命大于5×106次.当应力强度差等于10.0,13.5MPam时,对应的疲劳裂纹扩展速率da/dN分别是4.84,34.50m/Gc,分别满足小于17.00,55,00m/Gc的要求值限.3结束语选用铌稀土钢(BNbRE),采用无铝脱氧工艺,通过精炼,真空脱气,连铸和高精度轧制生产的60ks/m钢轨能够满足时速200