一种耐腐蚀钢轨及其制造方法与流程

1.本发明属于钢轨制造领域，具体涉及一种耐腐蚀钢轨及其制造方法。


背景技术：

2.钢轨的运输、堆放、服役过程大部分时候是露天环境，钢轨将不可避免要发生腐蚀。腐蚀不仅影响钢轨外观形象，严重时还会缩短钢轨的寿命，甚至影响列车安全运行，严重影响产品的市场竞争力和品牌形象。目前，钢轨腐蚀的防护方法主要有两种，一是通过添加cr、ni、cu等合金元素提高钢轨基体耐蚀性能；二是在钢轨表面喷涂锌、铝合金、高分子涂层、油脂、油膏等防护涂料，通过防护涂料来提高钢轨耐蚀性能。受限于成本、效率、环保等多种因素影响，目前国内外还没有大批量成熟应用的耐腐蚀钢轨。
3.专利文献cn104060187b公开了一种耐腐蚀性的微合金化钢轨，合金元素的重量百分含量为：c：0.73％～0.85％，si：0.30％～0.90％，mn：0.80％～1.20％，cr：0.20％～0.40％，cu：0.30％～0.50％，ni：cu含量的1/2～2/3，p：0.03％～0.05％，s：≤0.025％；以下三种元素中的至少一种：v：0.04％～0.12％，nb：0.02％～0.06％、re：0.005％～0.05％，余量为fe和不可避免的杂质。该专利采用了在碳素钢轨的基础上添加cr、cu、ni等耐腐蚀合金元素，通过p、ni和cu含量的配比来提高钢轨基体的耐腐蚀性能。国内外研究发现，在低于5％含量的合金化水平上，添加cr、cu、ni元素对钢轨耐蚀性能的提高一般不超过60％，在腐蚀环境恶劣的环境或者是长期服役过程中，其耐蚀性能仍存在欠缺。
4.专利文献cn111719083a公开了一种抗氯离子腐蚀的钢轨及制备方法，钢轨合金元素的重量百分含量为：c：0.66％～0.76％、si：0.53％～0.73％、mn：0.9％～1.7％、p≤0.012％、s≤0.005％、nb：0.020％～0.030％、als≤0.003％、cr：1.2％～2.2％、cu：2％～4％、co：0.40％～0.65％，其余为fe和杂质元素。其制备方法中，通过控制夹杂物形状和在钢轨表层生成一层致密的阻隔层来阻止氯离子对钢轨造成腐蚀。该专利添加含量高的cr、cu、co等元素，虽然可以提高钢轨的耐蚀性能，但是其焊接性能将会大幅下降。钢轨表面原生的阻隔层，其实质是一层氧化膜，不可避免存在空隙，且在钢轨矫直过程也不可避免要发生破碎或开裂，该专利并未提出表面阻隔层空隙的处理方法，在长期服役过程中，阻隔层空隙处和开裂处仍然作为氧气和腐蚀介质通道，钢轨将发生腐蚀。


技术实现要素：

5.针对现有耐腐蚀钢轨的制备成本高、效率低、不能实现长期防腐等问题中的至少一个，本发明提供了一种耐腐蚀钢轨及其制造方法，该耐腐蚀钢轨制备成本低、效率高、能够实现长期防腐。
6.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.根据本发明的第一方面，提供了一种耐腐蚀钢轨的制造方法，其包括以下步骤：
8.(1)经过转炉冶炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸，获得耐腐蚀钢轨铸坯；
9.(2)将耐腐蚀钢轨铸坯加热至易于变形，置于开坯机轧制成形，获得钢轨轧件；
10.(3)钢轨轧件经万能轧机粗轧后，置于万能中轧机进行大变形轧制，以使钢轨轧件表面0-2mm厚度内微形变率达到35％以上，万能中轧机的轧辊事先进行毛化处理；
11.(4)对万能中轧后的钢轨轧件进行30-35mpa高压力水除鳞；
12.(5)对高压力水除鳞后的钢轨轧件进行万能精轧；
13.(6)对万能精轧后的钢轨轧件进行在线热处理、发黑处理、封闭处理以及矫直，制得耐腐蚀钢轨。
14.根据本发明的一个实施例，步骤(1)中获得的耐腐蚀钢轨铸坯的化学成分按重量百分比计包括：c：0.50-0.65％，si：0.40-1.20％，mn：0.40-0.90％，cr：0.30-0.90％，cu：0.15-0.45％，ni：0.15-0.35％，v：0.02-0.15％、ti：0.001-0.030％、nb：0.01-0.08％中的至少一种，其余为fe和不可避免的杂质。
15.根据本发明的一个实施例，步骤(1)获得的耐腐蚀钢轨铸坯的化学成分中，si与cr含量之和为1.20-1.85％，cu与ni含量之和为0.35-0.60％。
16.根据本发明的一个实施例，步骤(2)中，耐腐蚀钢轨铸坯加热温度为1150～1200℃，加热时间为3.0～3.5h，开坯轧制共经两个开坯机，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次。
17.根据本发明的一个实施例，步骤(3)中，大变形轧制的轧制延伸系数为1.13-1.20，轧制速度为4.5-6.0m/s。
18.根据本发明的一个实施例，步骤(5)中，万能精轧延伸系数为1.06-1.10。
19.根据本发明的一个实施例，通过激光淬火、等离子淬火对万能中轧机的轧辊进行毛化处理，使得轧辊表面硬度达到70hrc、表面凹痕宽度达到4～6mm、凹痕深度达到2～3mm。
20.根据本发明的一个实施例，步骤(6)中，将万能精轧后的钢轨轧件以3.5～5℃/s的速度加速冷却至540℃～570℃后，保温50min以上，之后进行自然冷却，自然冷却至125-170℃时进行发黑处理和封闭处理，之后进行小变形量矫直，水平矫直机上辊总压下量≤40mm。
21.根据本发明的一个实施例，发黑处理时间为30min～40min，封闭处理时间为10～15min。
22.根据本发明的一个实施例，小变形量矫直中，水平矫直机第2辊的压下量为12～14mm，4个上辊的总压下量为30～38mm。
23.根据本发明的第二方面，提供了一种利用上述耐腐蚀钢轨的制造方法得到的耐腐蚀钢轨。
24.采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
25.本发明的制造方法通过轧辊毛化处理、浅表面大变形量轧制、高压力水除鳞的协同调控，使钢轨轧件二次和三次氧化铁皮被充分去除干净，轧制后进行在线热处理，从而获得一层fe3o4比例＞95％的氧化膜，并进行发黑和封闭处理，在钢轨表面形成了一层致密、结合力强、耐蚀性能优良的表面防护层，由此实现了钢轨在腐蚀环境恶劣条件下的防护和长期服役过程中的有效防护。
26.本发明提供的耐腐蚀钢轨具有优异的耐腐蚀性能，充分满足了钢轨长期服役过程中的耐蚀性要求，此外，钢轨的韧性、可焊性优良，可应用于高原山区铁路、高速铁路、客货混运铁路、地铁等线路提高钢轨的服役寿命。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.根据需要，本发明说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应当理解在此公开的实施例仅为可通过多种、可替代形式实施的本发明的示例。在下文的描述中，在构想的多个实施例中描述了多个操作参数和部件。这些具体的参数和部件在本说明书中仅作为示例而并不意味着限定。
29.根据本发明的第一方面，提供了一种耐腐蚀钢轨的制造方法，该方法包括以下步骤：(1)经过转炉冶炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸，获得耐腐蚀钢轨铸坯；(2)将耐腐蚀钢轨铸坯加热至钢坯易于变形，置于开坯机轧制成形，获得钢轨轧件；(3)钢轨轧件经万能轧机粗轧后，置于万能中轧机进行大变形轧制，以使钢轨轧件表面0-2mm厚度内微形变率达到35％以上，万能中轧机的轧辊事先进行毛化处理；(4)对万能中轧后的钢轨轧件进行高压力水除鳞，高压力水的压力为30-35mpa；(5)对高压力水除鳞后的钢轨轧件进行万能精轧；(6)对万能精轧后的钢轨轧件进行在线热处理、发黑处理、封闭处理以及矫直，制得耐腐蚀钢轨。
30.本发明步骤(1)中提及的转炉冶炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸均为本领域的常规操作。本发明所述的耐腐蚀钢轨铸坯不限于采用上述方式获得，也可以采用本领域常规的其他方式获得。
31.优选地，本发明步骤(1)中获得的耐腐蚀钢轨铸坯的化学成分按重量百分比计包括：c：0.50-0.65％，si：0.40-1.20％，mn：0.40-0.90％，cr：0.30-0.90％，cu：0.15-0.45％，ni：0.15-0.35％，v：0.02-0.15、ti：0.001-0.030、nb：0.01-0.08中的至少一种，其余为fe和不可避免的杂质。更优选地，本发明步骤(1)中获得的耐腐蚀钢轨铸坯的化学成分中，si与cr含量之和为1.20-1.85，cu与ni含量之和为0.35-0.60。si、cr是本发明中可以同时提高钢轨强度和耐蚀性能的元素，si、cr元素可提高珠光体转变平衡温度。si+cr含量越高，珠光体转变平衡温度温度越高，加速冷却相变过程的过冷度就越大，珠光体片层间距就越小，钢轨强度、韧性越高，耐蚀性能也越高。但过高的si、cr含量，将影响钢轨的焊接性能。cu与ni是本发明钢轨主要的耐蚀元素，cu+ni含量越高，耐蚀性能越高，但过高的含量将导致焊接性能变差。
32.本发明步骤(2)中，耐腐蚀钢轨铸坯加热温度为1150～1200℃，加热时间为3.0～3.5h。具体地，耐腐蚀钢轨铸坯加热温度可以为1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃，加热时间可以为3.0h、3.1h、3.2h、3.3h、3.4h、3.5h。在一些实施例中，本发明步骤(2)中，开坯轧制共两个开坯机，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次。
33.本发明步骤(3)中，万能中轧采用大变形轧制工艺，使钢轨轧件表面0-2mm厚度内微形变率达到35％以上，旨在使得二次氧化铁皮在轧制过程中充分破碎。其中二次氧化铁皮为粗轧过程中因钢坯表面与水和空气接触而在钢坯表面形成的二次鳞。大变形轧制的轧制延伸系数为1.13-1.20，轧制速度为4.5-6.0m/s。具体地，大变形轧制的轧制延伸系数可以为1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19、1.20，轧制速度可以为4.5m/s、4.6m/s、4.7m/s、4.8m/s、4.9m/s、5.0m/s、5.1m/s、5.2m/s、5.3m/s、5.4m/s、5.5m/s、5.6m/s、5.7m/s、5.8m/
s、5.9m/s、6.0m/s。在一些实施例中，中轧机共轧制一个道次。本发明步骤(3)中，万能中轧机的轧辊事先进行毛化处理，以便于使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂、破碎。中轧机轧辊毛化处理是通过激光淬火、等离子淬火等方式对中轧机轧辊进行强化和表面粗糙化处理，经过毛化处理，轧辊表面硬度达到70hrc，表面凹痕宽度达到4～6mm，凹痕深度达到2～3mm，以便于提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命。
34.本发明步骤(4)中，万能精轧前进行高压力水除鳞，旨在充分去除三次氧化铁皮。其中三次氧化铁皮为中轧过程中因钢坯表面与水和空气接触而在钢坯表面形成的三次鳞。所述高压力水除鳞是通过喷嘴喷射高压力水对精制前的轧件进行去除表面氧化铁皮。高压力水的压力为30-35mpa，以使轧件表面氧化铁皮去除率达99％以上。
35.本发明步骤(5)中，万能精轧延伸系数为1.06-1.10。具体地，万能精轧延伸系数可以为1.06、1.07、1.08、1.09、1.10。
36.本发明步骤(6)中，将万能精轧后的钢轨轧件以3.5～5℃/s的速度加速冷却至540℃～570℃后，保温50min以上，之后进行自然冷却，自然冷却至125-170℃时进行发黑处理和封闭处理，之后进行小变形量矫直，水平矫直机上辊总压下量≤40mm。由于氧化膜中feo向fe3o4转变的温度约为540～570℃，因此将加速冷却的终冷温度控制在540～570℃。为了使feo尽可能多地转变为fe3o4，将钢轨表面温度保持在540～570℃的时间越长越好；此外，为了使表面的防护层具有良好的耐蚀性能，厚度需要达到20微米以上，也需要在540～570℃温度范围内进行保温。因此，当钢轨表面冷却至540～570℃时，需保温50min以上，以使钢轨表面氧化铁皮中fe3o4比例＞95％，优选地，保温50～70min。具体地，加速冷却速度可以为3.5℃/s、3.6℃/s、3.7℃/s、3.8℃/s、3.9℃/s、4.0℃/s、4.1℃/s、4.2℃/s、4.3℃/s、4.4℃/s、4.5℃/s、4.6℃/s、4.7℃/s、4.8℃/s、4.9℃/s、5.0℃/s，加速冷却温度可以为540℃、545℃、550℃、555℃、560℃、565℃、570℃，保温时间可以为50min、55min、60min、65min、70min。
37.本发明步骤(6)中，钢轨冷却至125-170℃时进行发黑处理和封闭处理，以使钢轨表面氧化铁皮孔隙率小于3％。发黑处理在离百米冷床出口5米的位置，当钢轨表面温度降至125-170℃时，将钢轨吊入发黑槽箱内30-40min，然后放入水槽内进行封闭处理10-15min。开始发黑处理温度可以为125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃，发黑处理时间可以为30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min、40min，封闭处理时间可以为10min、11min、12min、13min、14min、15min。
38.本发明步骤(6)中，采用小变形量矫直，水平矫直机上辊总压下量≤40mm，以便于在保证钢轨平直度的前提下使钢轨表面氧化膜基本不会发生开裂和剥落现象。在一些实施例中，水平矫直机第2辊的压下量为12～14mm，4个上辊的总压下量为30～38mm。具体地，水平矫直机第2辊的压下量可以为12mm、13mm、14mm，4个上辊的总压下量可以为30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm。矫直过程中钢轨变形量越小，钢轨表面氧化膜越不容易开裂和脱落，但是，钢轨矫直的重要目的是使钢轨平直，过小的变形量无法保证钢轨的平直度。因此，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为12～14mm，4个上辊总压下量为30～38mm时，钢轨表面氧化膜基本不会发生开裂和剥落现象，钢轨的平直度可以满足标准要求。
39.在本发明的一些实施例中，在矫直之后，还可选地包括本领域常规的一些操作，例如，精整加工和质量检查等等。
40.本发明的制造方法通过轧辊毛化处理、浅表面大变形量轧制、高压力水除鳞的协同调控，使钢轨轧件二次和三次氧化铁皮被充分去除干净，轧制后进行在线热处理，从而获得一层fe3o4比例＞95％的氧化膜，并进行发黑和封闭处理，在钢轨表面形成了一层致密、结合力强、耐蚀性能优良的表面防护层。同时钢轨基体进行了耐蚀合金元素进行合金化，获得了一种耐腐蚀的钢轨基体，并配合在线热处理技术，发挥元素协同作用，同时提高钢轨的耐蚀性能和耐磨性能，从而减少合金元素的含量，保障钢轨的可焊性。通过钢轨基体本身的耐蚀性和耐蚀性能优良的表面防护层，实现在腐蚀环境恶劣条件的防护和长期服役过程的有效防护。
41.根据本发明的第二方面，提供了一种利用上述耐腐蚀钢轨的制造方法得到的耐腐蚀钢轨。该耐腐蚀钢轨包括耐腐蚀钢轨基体和耐腐蚀钢轨表面防护层。耐腐蚀钢轨基体的化学成分按重量百分比计包括：c：0.50-0.65％，si：0.40-1.20％，mn：0.40-0.90％，cr：0.30-0.90％，cu：0.15-0.45％，ni：0.15-0.35％，v：0.02-0.15％、ti：0.001-0.030％、nb：0.01-0.08％中的至少一种，其余为fe和不可避免的杂质。其中，为了保证基体的耐蚀性，优选地，si与cr含量之和为1.20-1.85，cu与ni含量之和为0.35-0.60。耐腐蚀钢轨表面防护层由fe3o4、feo、fe2o3以及氧化铁皮空隙中填充剂(油、脂)构成，其中fe3o4比例＞95％，防护层厚度30～50微米，表面氧化铁皮孔隙率小于3％，该氧化膜结构紧密、晶型稳定，而且附着性强，具有很好的耐腐蚀作用。经测试，耐腐蚀钢轨的抗拉强度＞1000mpa，延伸率≥14％。
42.本发明提供的耐腐蚀钢轨具有优异的耐腐蚀性能，充分满足了钢轨长期服役过程中的耐蚀性要求，此外，钢轨的韧性、可焊性优良，可应用于高原山区铁路、高速铁路、客货混运铁路、地铁等线路提高钢轨的服役寿命。
43.下面通过具体的实施例对本发明进行具体的说明。
44.实施例1
45.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.60％、si 0.55％、mn 0.78％、cr 0.45％、cu 0.25％、ni 0.12％、v 0.07％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
46.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
47.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1180℃，总加热时间3.2小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.20，轧制速度4.5m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度5mm、凹痕深度3mm。万能中轧后、精轧前，进行35mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达99％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.8℃/s，冷却至550℃之后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间35min。发黑处理后，在防锈油中浸泡15min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个
上矫直辊的总压下量为32mm。
48.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1151mpa，延伸率为15.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为35μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为96％，表面防护层孔隙率＜2.5％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的3.5％。
49.实施例2
50.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.53％、si 0.98％、mn 0.89％、cr 0.52％、cu 0.34％、ni 0.19％、v 0.09％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
51.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
52.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1165℃，总加热时间3.0小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.10，轧制速度6.0m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度4mm、凹痕深度2.5mm。万能中轧后、精轧前，进行32mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达98％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从792℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为4.2℃/s，冷却至558℃之后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间40min。发黑处理后，在防锈油中浸泡12min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
53.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1140mpa，延伸率为16.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为31μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为95％，表面防护层孔隙率＜3.0％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的2.5％。
54.实施例3
55.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.64％、si 0.47％、mn 0.56％、cr 0.75％、cu 0.41％、ni 0.19％、v 0.07％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
56.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
57.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1180℃，总加热时间3.2小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于
万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.20，轧制速度6.0m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度5mm、凹痕深度3mm。万能中轧后、精轧前，进行35mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达98％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.6℃/s，冷却至560℃之后停止加速冷却进行保温处理55min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至165℃，进行发黑处理，时间40min。发黑处理后，在防锈油中浸泡12min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
58.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1176mpa，延伸率为15.0％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为43μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为93％，表面防护层孔隙率＜3.0％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的3.5％。
59.实施例4
60.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.50％、si 0.40％、mn 0.90％、cr 0.90％、cu 0.15％、ni 0.35％、nb 0.08％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
61.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
62.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1180℃，总加热时间3.2小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.20，轧制速度6.0m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度5mm、凹痕深度3mm。万能中轧后、精轧前，进行35mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达98％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.6℃/s，冷却至560℃之后停止加速冷却进行保温处理55min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至165℃，进行发黑处理，时间40min。发黑处理后，在防锈油中浸泡12min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
63.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1176mpa，延伸率为15.0％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为43μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为93％，表面防护层孔隙率＜3.0％，钢轨
经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的3.5％。
64.实施例5
65.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.65％、si 1.20％、mn 0.40％、cr 0.30％、cu 0.30％、ni 0.15％、ti 0.030％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
66.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
67.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1165℃，总加热时间3.0小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.15，轧制速度6.0m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度4mm、凹痕深度2.5mm。万能中轧后、精轧前，进行32mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达98％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从792℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为4.2℃/s，冷却至558℃之后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间40min。发黑处理后，在防锈油中浸泡12min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
68.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1140mpa，延伸率为16.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为31μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为95％，表面防护层孔隙率＜3.0％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的2.5％。
69.实施例6
70.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.60％、si 0.80％、mn 0.65％、cr 0.60％、cu 0.22％、ni 0.25％、v 0.02％、nb 0.01％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
71.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
72.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1180℃，总加热时间3.2小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.20，轧制速度4.5m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度5mm、凹痕深度3mm。万能中轧后、精轧前，进行35mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达99％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.8℃/s，冷却至550℃之
后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间35min。发黑处理后，在防锈油中浸泡15min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
73.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1151mpa，延伸率为15.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为35μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为96％，表面防护层孔隙率＜2.5％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的3.5％。
74.实施例7
75.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.60％、si 0.80％、mn 0.65％、cr 0.40％、cu 0.20％、ni 0.15％、v 0.15％、nb 0.01％、ti 0.001％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
76.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
77.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1180℃，总加热时间3.2小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.20，轧制速度4.5m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度5mm、凹痕深度3mm。万能中轧后、精轧前，进行35mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达99％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.8℃/s，冷却至550℃之后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间35min。发黑处理后，在防锈油中浸泡15min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
78.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1151mpa，延伸率为15.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为35μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为96％，表面防护层孔隙率＜2.5％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的3.5％。
79.实施例8
80.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.53％、si 0.98％、mn 0.89％、cr 0.87％、cu 0.30％、ni 0.30％、nb 0.04％、ti 0.015％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
81.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
82.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1165℃，总加热时间3.0小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.10，轧制速度6.0m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度4mm、凹痕深度2.5mm。万能中轧后、精轧前，进行32mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达98％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从792℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为4.2℃/s，冷却至558℃之后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间40min。发黑处理后，在防锈油中浸泡12min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
83.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1140mpa，延伸率为16.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为31μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为95％，表面防护层孔隙率＜3.0％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的2.5％。
84.实施例9
85.本实施例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.60％、si 0.55％、mn 0.78％、cr 0.65％、cu 0.45％、ni 0.19％、v 0.10％、ti 0.020％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
86.本实施例中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
87.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1165℃，总加热时间3.0小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.10，轧制速度6.0m/s。为了提高钢轨轧件浅表面的变形量，使得轧件表面的二次氧化铁皮在大变形中充分开裂，用激光淬火对中轧机轧辊的表面进行毛化处理，提高轧辊表面的硬度以提高使用寿命，获得粗糙的表面，表面凹痕宽度4mm、凹痕深度2.5mm。万能中轧后、精轧前，进行32mpa高压力水除鳞，轧件表面氧化铁铁皮去除率达98％以上。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从792℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为4.2℃/s，冷却至558℃之后停止加速冷却进行保温处理60min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至150℃，进行发黑处理，时间40min。发黑处理后，在防锈油中浸泡12min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
88.钢轨矫直后表面氧化铁皮除轨头踏面发生部分剥落外其余位置覆盖完好，表面无明显裂纹。钢轨矫直后经在线自动检测、内部质量超声波探伤、表面缺陷涡流探伤、加工等
工序后获得成品钢轨。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，钢轨的抗拉强度1140mpa，延伸率为16.5％。通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，氧化膜的平均厚度为31μm，采用imagetool软件分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为95％，表面防护层孔隙率＜3.0％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨除轨头踏面区域(轮轨接触)其他部位表面腐蚀面积占总面积的2.5％。
89.对比例1
90.本对比例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.67％、si 0.75％、mn 0.88％、cr 0.32％、cu 0.42％、ni 0.23％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
91.本对比例1中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
92.本对比例1中钢轨的制备方法与现有生产工艺基本相同，将钢坯清理后装入加热炉中加热至1230℃，总加热时间2.5小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制5道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行轧制，轧制延伸系数1.12，轧制速度6.0m/s。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.6℃/s，冷却至560℃之后在冷却自然冷却至室温。钢轨进行辊式矫直，水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为23mm，第4矫直辊压下量18.5mm，4个上矫直辊的总压下量为56mm。
93.钢轨矫直后轨头踏面、轨头与轨腰连接处、轨腰与腿连接处表面氧化铁发生剥落，轨腰氧化铁皮出现密集裂纹。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，抗拉强度1133mpa，延伸率为13.5％，通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，最大厚度72μm、最小27μm，氧化膜平均厚度为43μm，采用imagetool软件分析分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为48％，表面防护层孔隙率24.8％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨表面腐蚀面积占总面积的52％。
94.对比例2
95.本对比例中钢轨基体的化学成分由以下重量百分比的元素组成：c0.78％、si 0.32％、mn 1.06％、cr 0.14％、v 0.04％，余量为fe和其他不可避免的杂质。
96.本实对比中钢坯与钢轨基体的化学成分一致。
97.将钢坯清理后装入加热炉中加热至1180℃，总加热时间3.2小时，采用高压力水除鳞，置于开坯轧制，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次，经万能轧机粗轧后置于万能中轧机进行大变形轧制，轧制延伸系数1.20，轧制速度6.0m/s。然后经万能精轧机进行轧制，精轧延伸系数1.08。万能精轧后，钢轨从783℃开始加速冷却，利用压缩空气进行加速冷却，冷却速度为3.6℃/s，冷却至535℃之后停止加速冷却进行保温处理50min，然后在钢轨冷床进行自然冷却。钢轨冷却至155℃，进行发黑处理，时间50min。发黑处理后，在防锈油中浸泡15min封闭处理。钢轨冷却至室温采用小变形工艺进行平立复合辊式矫直，钢轨水平辊式矫直的第2矫直辊压下量为13mm，4个上矫直辊的总压下量为32mm。
98.钢轨矫直后轨头踏面、轨头与轨腰连接处、轨腰与腿连接处表面氧化铁发生剥落，轨腰氧化铁皮出现密集裂纹。按照gb/t 228进行拉伸性能检测，抗拉强度1167mpa，延伸率为13.0％，通过金相制样观察钢轨表面氧化膜截面，最大厚度112μm、最小38μm，氧化膜平均厚度为61μm，采用imagetool软件分析分析氧化膜截面fe3o4的平均面积为42％，表面防护层孔隙率35.4％，钢轨经5％nacl中性盐雾试验，300h后钢轨表面腐蚀面积占总面积的67％。

技术特征：
1.一种耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)经过转炉冶炼、lf精炼、rh真空脱气、连铸，获得耐腐蚀钢轨铸坯；(2)将耐腐蚀钢轨铸坯加热至易于变形，置于开坯机轧制成形，获得钢轨轧件；(3)钢轨轧件经粗轧后，置于万能中轧机进行大变形轧制，以使钢轨轧件表面0-2mm厚度内微形变率达到35％以上，万能中轧机的轧辊事先进行毛化处理；(4)对万能中轧后的钢轨轧件进行30-35mpa高压力水除鳞；(5)对高压力水除鳞后的钢轨轧件进行万能精轧；(6)对万能精轧后的钢轨轧件进行在线热处理、发黑处理、封闭处理以及矫直，制得耐腐蚀钢轨。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，步骤(1)中获得的耐腐蚀钢轨铸坯的化学成分按重量百分比计包括：c：0.50-0.65％，si：0.40-1.20％，mn：0.40-0.90％，cr：0.30-0.90％，cu：0.15-0.45％，ni：0.15-0.35％，v：0.02-0.15％、ti：0.001-0.030％、nb：0.01-0.08％中的至少一种，其余为fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，步骤(1)获得的耐腐蚀钢轨铸坯的化学成分中，si与cr含量之和为1.20-1.85％，cu与ni含量之和为0.35-0.60％。4.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，步骤(2)中，耐腐蚀钢轨铸坯加热温度为1150～1200℃，加热时间为3.0～3.5h，开坯轧制共经两个开坯机，第一开坯机轧制7道次，第二开坯机轧制3道次。5.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，步骤(3)中，大变形轧制的轧制延伸系数为1.13-1.20，轧制速度为4.5-6.0m/s；步骤(5)中，万能精轧延伸系数为1.06-1.10。6.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，通过激光淬火、等离子淬火对万能中轧机的轧辊进行毛化处理，使得轧辊表面硬度达到70hrc、表面凹痕宽度达到4～6mm、凹痕深度达到2～3mm。7.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，步骤(6)中，将万能精轧后的钢轨轧件以3.5～5℃/s的速度加速冷却至540℃～570℃后，保温50min以上，之后进行自然冷却，自然冷却至125-170℃时进行发黑处理和封闭处理，之后进行小变形量矫直，水平矫直机上辊总压下量≤40mm。8.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，发黑处理时间为30min～40min，封闭处理时间为10～15min。9.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢轨的制造方法，其特征在于，小变形量矫直中，水平矫直机第2辊的压下量为12～14mm，4个上辊的总压下量为30～38mm。10.一种利用上述权利要求1-9中任一项所述的耐腐蚀钢轨的制造方法得到的耐腐蚀钢轨。

技术总结
本发明属于钢轨制造领域，具体公开了一种耐腐蚀钢轨及其制造方法。该方法包括以下步骤：经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、连铸，获得耐腐蚀钢轨铸坯；将耐腐蚀钢轨铸坯加热至易于变形，置于开坯机轧制成形，获得钢轨轧件；钢轨轧件经粗轧后，置于万能中轧机进行大变形轧制，以使钢轨轧件表面0-2mm厚度内微形变率达到35％以上，万能中轧机的轧辊事先进行毛化处理；对万能中轧后的钢轨轧件进行30-35MPa高压力水除鳞；对高压力水除鳞后的钢轨轧件进行万能精轧；对万能精轧后的钢轨轧件进行在线热处理、发黑处理、封闭处理以及矫直，制得耐腐蚀钢轨。本发明提供的耐腐蚀钢轨具有优异的耐腐蚀性能，充分满足了钢轨长期服役过程中的耐蚀性要求。要求。


技术研发人员：陈崇木 杨大巍 袁俊 陈东
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢钒有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/7