專利名稱：：低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預應力拉桿用鋼及生產(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)腐蝕高速鐵路預應力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法，適用于小方坯連鑄中碳高硅微合金化調(diào)質(zhì)預應力拉桿用鋼的生產(chǎn)方法，專門應用于時速350公里/小時高速鐵路無砟軌道板預應力拉桿的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
：鐵路原來使用的軌枕板為2.4mX0.5m，火車速度超過200公里時，車輪與軌道的接觸噪聲和振動限制了火車的提速。近年來我國正在大量修建客運專線，由于列車速度越來越高，對軌道結(jié)構(gòu)與路基結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求。目前，我國正在修建的城際高速列車設計時速為350公里/小時以上。為保證350公里/小時火車的穩(wěn)定行駛，將以前鋪設的單根軌枕換成了2.4mX6m的標準無砟軌枕板。無砟軌道板在生產(chǎn)出來之后，要先在蒸汽房42。C的高溫下養(yǎng)上8個小時，再到冷水池里泡澡3天，板面無不超過lmm的裂紋才算合格。軌枕板中橫向和縱向預應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，要求預應力拉桿在惡劣環(huán)境中耐環(huán)境耐腐，耐氫質(zhì)腐蝕實驗在70小時以上。以前鐵路軌枕鋼絲一般使用SWRH77B作為預應力鋼絲，由于SWRH77B盤條抗拉強度偏高(11201150Mpa)、硬度大，在制作軌枕鋼絲時表面很容易出現(xiàn)裂紋，影響鋼絲的疲勞性能。這種無砟軌枕板由德國人設計，要求軌枕板中的鋼絲需要進行300萬次疲勞實驗和"氫脆"實驗，高碳鋼SWRH77B和SWRH82B盤條都達不到指標要求。
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)腐蝕高速鐵路預應力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法，采用中碳、高硅成分設計，調(diào)質(zhì)熱處理后保證原始盤條基礎強度；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)異綜合力學性能，達到時速350公里/小時高速鐵路無砟軌道板預應力鋼棒的要求。設計的鋼種抗拉強度控制在800900Mpa，通過一道次拉拔和淬火和回火處理工藝，材料的綜合力學性能在14201480Mpa;延伸率大于8%;通過氫質(zhì)應力腐蝕70小時；疲勞壽命300萬次、松弛率小于3.5%三項關(guān)鍵三項指標要求，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；均為重量百分數(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；均為重量百分數(shù)。本發(fā)明在鋼中加入合金Cr，使鋼中的Cr含量達到0.65X0.75%;在鋼中自由氧小于10ppm時，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做為其主要的強化元素，與C作為其強化元素相比較，鋼水流動性好，減少小方坯連鑄"套眼"；用戶熱處理時淬透性好，晶粒和組織均勻；加工時強度低，盤條的抗拉強度在860920Mpa之間，模具損耗小。熱處理后，材料的綜合力學性能穩(wěn)定，完全滿足高速鐵路350公里/小時無砟軌枕板預應力拉桿的技術(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、高速線材軋機軋制、軋后控制冷卻；其特征在于，在生產(chǎn)過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)爐出鋼過程中加入脫氧劑-硅鈣鋇，進行鋼水終脫氧，采用錳鐵和硅鐵進行合金化，鉻鐵配鉻；LF爐精煉精煉過程中利用鋁?；螂娛M行渣面脫氧，調(diào)成分進控制范圍后，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，吹氬時間在1520分鐘促使大顆粒夾雜物充分上浮；連鑄采用全保護澆注，中間包采用堿性覆蓋劑；連鑄結(jié)晶器采用高熔點(半球熔點11801250°C)、高粘度(0.800.89Pa*s，1300°C)、低熔速5970秒，1350°C(溶化速度指標準試樣在規(guī)定溫度下完全溶化或液化所需要的時間來表示。該保護渣溶化時間為5970秒，在135(TC情況下)，鑄坯單位表面積保護渣消耗量較大(0.320.40kg/m2)，使得結(jié)晶器內(nèi)導熱熱阻變大，結(jié)晶器弱冷導熱均勻性得到改善，保證鑄坯表面質(zhì)量。鋼坯加熱溫度為10501100。C，開軋溫度為10001100。C，吐絲溫度為820860°C，風冷段一號風機開度為100%，其余風機全部關(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；盤條經(jīng)過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，材料的抗拉強度在14201480Mpa之間；面縮率^50%;延長率(試樣長度為105mm)>9.0%。材料通過氫質(zhì)應力腐蝕斷裂時間在70小時以上；疲勞斷裂壽命300萬次、松弛率小于3.5%(荷載1000小時);-4(TC低溫沖擊功不低于30KJ。本發(fā)明能夠穩(wěn)定生產(chǎn)高速鐵路無砟軌枕預應力拉桿用盤條，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，專門用于高速鐵路350公里/小時無砟軌枕板預應力拉桿用鋼的生產(chǎn)。具體實施例方式本發(fā)明可在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)實施，生產(chǎn)高速鐵路軌枕鋼絲的實例，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/小時高速鐵路無砟軌道枕預應力拉桿用盤條，質(zhì)量穩(wěn)定，發(fā)給用戶使用反映良好。實施例1:爐號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，供氧時間17分35秒；固結(jié)球團806kg。石灰加入量4824kg，輕燒白云石1664kg;奧礦1761kg;終點碳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，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>開軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度850Mpa，面縮34.5%。盤條拉拔工藝①14.3mm—12.94mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例2:爐號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，供氧時間16分33秒；固結(jié)球團1306kg。石灰加入量4424kg，輕燒白云石1854kg;奧礦1488kg;終點碳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，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.開軋溫度1020。C，出精軋溫度99(TC，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度850Mpa，5%。盤條拉拔工藝①14.6mm—13.09mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>鋼棒檢測綜合性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例3:爐號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，供氧時間14分23秒；固結(jié)球團666kg。石灰加入量4824kg，輕燒白云石1664kg;奧礦1162kg;終點碳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，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>開軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度830Mpa，面縮54.5%。盤條拉拔工藝①14.6mm—13.09mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>鋼棒檢測綜合性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例4:爐號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，供氧時間17分32秒；固結(jié)球團886kg。石灰加入量4334kg，輕燒白云石1154kg;奧礦1761kg;終點碳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，中包溫度1513°C，結(jié)晶器水量1657L/min，拉速2.02/min。開軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度870MPa，面縮44.5%。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>開軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度830Mpa，面縮54.5%。盤條拉拔工藝①14.6mm—13.29mm;熱處理工藝控制<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例5:爐號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、供氧時間17分35秒；固結(jié)球團806kg。石灰加入量4824kg，輕燒白云石1664kg;奧礦1761kg;終點碳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，中包溫度1515°C，結(jié)晶器水量1657L/min，拉速1.65/min。開軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度890MPa，面縮49.5%。中包熔煉成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>0.0046開軋溫度1020。C，出精軋溫度990。C，吐絲溫度880。C，盤條抗拉強度830Mpa，面縮54.5%。盤條拉拔工藝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)腐蝕高速鐵路預應力拉桿用鋼，其特征在于，化學成分為碳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；均為重量百分數(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；均為重量百分數(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、高速線材軋機軋制、軋后控制冷卻；其特征在于，在生產(chǎn)過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)爐出鋼過程中加入脫氧劑_硅鈣鋇，進行鋼水終脫氧，采用錳鐵和硅鐵進行合金化，鉻鐵配鉻；LF爐精煉精煉過程中利用鋁?；螂娛M行渣面脫氧，調(diào)成分進控制范圍后，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，吹氬時間在1520分鐘促使大顆粒夾雜物充分上浮；連鑄采用全保護澆注，中間包采用堿性覆蓋劑；連鑄結(jié)晶器采用高熔點，半球熔點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渣消耗量0.320.40kg/tf，使得結(jié)晶器內(nèi)導熱熱阻變大，結(jié)晶器弱冷導熱均勻性得到改善，保證鑄坯表面質(zhì)量；鋼坯加熱溫度為1050IIO(TC，開軋溫度為1000IIO(TC，吐絲溫度為820860°C，風冷段一號風機開度為100%，其余風機全部關(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；盤條經(jīng)過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，材料的抗拉強度在14201480Mpa之間；面縮率^50%;延長率^9.0%，試樣長度為105mm;材料通過氫質(zhì)應力腐蝕斷裂時間在70小時以上；疲勞斷裂壽命300萬次、松弛率小于3.5%，荷載1000小時；-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；均為重量百分數(shù)。全文摘要一種低松弛、耐氫質(zhì)腐蝕高速鐵路預應力拉桿用鋼及生產(chǎn)方法，屬于鐵路用鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
，采用Si作為其主要強化元素，Cr、Ti和B微合金化，使得材料在熱處理時具有優(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)爐上進行，經(jīng)LF精煉精煉，連鑄成鑄坯。原材料經(jīng)過熱處理工藝后，力學性能在1420～1480MPa；延伸率≥9.0％；耐氫質(zhì)應力腐蝕斷裂時間在70小時以上；疲勞斷裂壽命300萬次以上；1000小時松弛率小于3.5％；低溫沖擊功不低于30KJ，專門應用350公里/小時高速鐵路無砟軌枕板預應力拉桿用鋼的生產(chǎn)。文檔編號B22D11/111GK101792884SQ20091024317公開日2010年8月4日申請日期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),黃細陽申請人:首鋼總公司