降低高速鋼軌脫碳層厚度的研究

1、降低高速鋼軌脫碳層厚度的研究楊宗橋1-2趙增武3李永治3(1.內蒙古科技人學能源與環(huán)境學院，內蒙古包頭014010； 2包鋼鋼聯軌梁廠，內蒙古包頭014010； 3 內蒙古科技人學，內蒙古11治區(qū)白云鄂博礦多金屬資源綜合利用重點實驗室，內蒙古包頭014010)摘 要：木文以包鋼軌梁廠實際生產為基礎，組織現場實驗，研究了 u71mn高速鋼軌脫碳層厚度隨加 熱時間和加熱溫度的變化關系。結果表明，正常生產時，優(yōu)化加熱制度，保證鋼壞出爐溫度在 1080-1100°c，且內外均勻，能夠冇效地降低脫碳層厚度；同時，待軋1530min時，優(yōu)化待軋制度， 均熱段溫度小于1200°c,加熱一

2、段小于1230°c,即能隨時滿足生產要求，乂能冇效地控制脫碳層厚度。 關鍵詞：髙速鋼軌；加熱時間；加熱溫度reducing the thickness of decarburization layer of high speed railyang zong-qiao1' ", zhao zeng-wu3, li yong-zhi1(1. energy and the environment institute, inner hongolia university of science and technology baotou, inner mongol ia, 0

3、14010, china； 2 baogang rai 1 and beam factory, baotou, tnner mongolia, 014010, china； 3. tnner mongolia university of scienee and technology, key laboratory of integrated exploitation of bayan obo multi-metal resources, btiotou, 041010, china)abstract： based on the experiments carried out during th

4、e manufacture of high speed rai 1 in baotou rai 1 beam factory, effects of heating time and heating temperature on the thickness of decarburization layer of u71mn high speed rail are studied. results show that optimization of hcating process, which ensure tapping temperature of billet between 1080 &

5、#39; 1100 °c and without segregation of temperature, during the normal production can effectively decrease the thickness of the decarburization layer. moreover, when stop rol1ing time keeps 15 30 minutes, optimization of heating process, with the temperature of soaking zone is less than 1200 &#

6、176;c and the temperature of the first heating period is less than 1230 °c, can meet either the production requirements and reducing the thickness of the decarburization layer key words： high-speed rail; heating time; the heating temperature 引言隨著高速鐵路的快速發(fā)展，國內外市場對高速鋼軌的要求越來越嚴格。由于高速鋼軌 的含碳量較高，在加熱爐內高

7、溫加熱時容易發(fā)工氧化脫碳現象，產生較厚的脫碳層，造成鋼 軌產品成材率降低。鋼脫碳現象的產生使得高速鋼軌出現機械性能下降、便度降低、耐懶性 旁和疲勞強度降低等缺陷。我國將高速鋼軌脫碳層厚度列為重要指標z,規(guī)定脫碳層厚 度不得大于0. 5mm0由此nj見，研究影響高速鋼軌脫碳層厚度質量檢測的多種因素，冇效地 控制鋼坯在加熱過程屮的脫碳意義重大。為了降低髙速鋼軌脫碳層厚度，國內各鋼恢企業(yè)從不同方而做了大量的努力，其中武鋼 采用噴刷防脫碳涂料的方法取得一定的效果叫包鋼軌梁廠是高速鋼軌匝點生產基地，為此, 將“降低高速鋼軌脫碳層厚度，提高產品質最”作為重點科研攻關項目。本文以包鋼軌梁廠 u71mn 60

8、kg/m高速鋼軌為研究對象，研究加熱時間和加熱溫度對其脫碳的影響，旨在從加 熱工藝方面找到合理降低脫碳層厚度的加熱制度，降低加熱過程中鋼坯的脫碳?；痦椖浚航逃渴兰o人才支持計劃(ncet-10-0911),國家自然科學基金(51164024)。通訊作者：趙增武，男，email： zhzengwu作者簡介：楊宗橋(1987j,男，內蒙古五原人，碩士研究生，從事工業(yè)爐窯的研究工作。1 實驗方法本研究以包鋼軌梁廠步進梁式加熱爐為實驗平臺，采用顯微組織法為脫碳層測量方法, 在原冇熱工制度的棊礎匕 實驗研究了加熱時間和加熱溫度對u71血60kg/m高速鋼軌脫碳 層厚度的彫響關系。u71mn鋼的化學成分

9、，見表1。表1 u71mn鋼的化學成分table i the chemicai compos i tion of u71mn steeicsimnpsval0. 680. 720. 20'0. 31.151.4wo. 030<0. 025w0. 030w0. 041.1加熱時間與脫碳層實驗第一組實驗：正常生產情況卜，在其他影響因索相對恒定的條件卜，選取三組不同加熱 時間組織脫碳層實驗，具體加熱時間在加熱爐各段分布，見表2。表2爐內各段停留時間的分布table2 d i stribution of res i dence time i n the heating furnace編號

10、取樣支數-各段加熱時間均熱段加熱-段加熱二段預熱段總計1550min54min56m in80min240min2565m in54m in56m i n80m in255m in3550m in84min56m in80m in270ini n第二組實驗：當停軋1530min時，均熱段溫度控制在1200°c以下，加熱一段溫度控制 在1230°c以下，保證鋼坯溫度隨時滿足生產耍求，分兩組不同加熱時間組織實驗。具體實 驗控制選取條件，見表3。表3爐溫及加熱時間分布情況table3 di stribution of heat i ng time & temperatur

11、e i n theheating furnace編號各段待軋溫度控均熱段加熱一段加熱二段預熱段出爐溫度制（c）w1200w1230w1100<80010011004時間(min)705456802605時間(min)508456802701.2加熱溫度與脫碳層實驗在其他影響因素在相對恒定的條件下，組織不同加熱溫度的脫碳實驗。第一組實驗為原加熱 制度卜"，止常生產加熱實驗，第二組實驗為改變各段加熱溫度控制后，滿足疋常生產的加熱 實驗。每組實驗取10支鋼為實驗樣，其加熱爐溫度分布情況，見表4。表4加熱爐爐溫分布情況表table4 d i stribution of the temp

12、erature i n heating furnace實驗出爐溫度均熱段加熱一段加熱二段預熱段第一組110011601100128011001300w1200w800第二組108011001100"120011001250900、10007508002 結果與討論2. 1加熱時i'可與脫碳層實驗結果的分析按照加熱時間與脫碳層實驗方法組織兩組實驗，得出兩組加熱時間與脫碳層厚度關系, 見圖lo 555045403530| 1 u uw kr ivo o o o o o1(昌)冏»噸淹罷025 ，|0»25 i |1|15.415.615.816.016.216

13、.416.615.415.615.816.016.216.416.6加熱時間(min")加熱時間<min1/2>(a)(b)圖1加熱時間與高速鋼軌脫碳層厚度的關系fig.1 thickness of decarbur izat ion layer of high-speed rai i vs. heat ing time圖1屮，左圖(a)表示正常生產情況下高速鋼軌脫碳層厚度與加熱時間的變化111j線; 右圖(b)表示待軋1530min時，進行溫度控制后高速鋼軌脫碳層厚度與加熱時間的變化|111 線。由加熱時間與脫碳層實驗結果口j知：在正常軋制情況下，編號1加熱時間為240

14、min, 高速鋼軌脫碳層厚度均小丁 0. 38；編號2加熱時間255min,脫碳層厚度分布在0. 350. 45mni 之間；編號3加熱吋間270min,脫碳層厚度均在0. 4mni以上，而且波動范圍增大，不易控 制。待軋1530min時,按實驗要求進行控制,編號4加熱時間260min,脫碳層厚度控制在 0. 4mm以內；編號5加熱吋間270min,脫碳層厚度控制在0. 40. 5mm z間，無大于0. 5mm 的出現。山此可見，高速鋼軌脫碳層厚度隨加熱時間的延長而增加，其本質是鋼坯在高溫狀 態(tài)卜加熱時，隨著時間的增加，擴散到鋼坯表層的碳原子與爐氣發(fā)牛反應，使得鋼坯內部與 表而的碳原了形成較人

15、的濃度梯度，加速了碳原了的擴散速率，所以脫碳層厚度增加了。由圖1左圖(a)得出：正常生產情況下，高速鋼軌脫碳層厚度隨加熱時間的平方根變 化曲線，可擬合方程為：d=053vf-2.03(1)式中為脫碳層厚度，才為加熱時間；同理,右圖(b)得出：待軋時，高速鋼軌脫碳層厚度隨加熱時間的平方根變化曲線, 可擬合方程為：=0.117祈-1.476(2)通過對比兩圖擬合曲線方程可以得出：當鋼坯在高溫段待軋15"30min時,將均熱段控制 在1200°c以下，加熱一段控制在1230°c以下，其曲線方程(式2)的斜率小于正常生產時 的曲線方程(式1)的斜率。主要原因是停軋1530

16、min時，改變原有的待軋制度，高溫段 溫度做降溫處理，這樣減少了鋼坯在高溫段停留時間，起到了遏止脫碳層厚度不斷增加的作 用，優(yōu)化了待軋制度。因此，該待軋方法稱為優(yōu)化待軋制度法。2. 2加熱溫度與脫碳層實驗的結果的分析通過加熱溫度與高速鋼軌脫碳兩組實驗結果，可以得出高速鋼軌脫碳層厚度隨加熱溫度 的變化曲線，見圖2.5-4 3 n o o o昌)(昌)m/bt喚曙冕1080109011001110鋼壞th爐溫度cc0.1411001110112011301140鋼壞山爐溫度cc)1070(a)(b)圖2鋼坯岀爐溫度與脫碳層厚度的關系fig.2 thickness of decarbur i zat

17、ion layer of high-speed rai i vs. heating temperature圖2屮，左圖(a)表示現場正常生產時，按照原熱工制度屮溫度控制要求下，得出平 均鋼坯出爐溫度在11001160°c范圍內，鋼坯出爐溫度與高速鋼軌脫碳層厚度關系illi線圖； 右圖(b)表示按照第二組實驗中溫度控制下，得出平均鋼坯出爐溫度在10801100c范圍 內，鋼坯出爐溫度與高速鋼軌脫碳層厚度關系曲線圖。由兩圖可以看出：高速鋼軌脫碳層厚 度隨鋼坯出爐溫度的增加而增大。根據圖2中，左圖(a)第一組實驗得出高速鋼軌脫碳層厚度與加熱溫度的變化曲線，可 擬合方程為：= 0.0087-

18、8.911(3)式中：為脫碳層厚度/mm, t為鋼坯出爐溫度/°c；由實驗結果町知：第一組溫度控制制度下，平均鋼壞出爐溫度在1125°c左右，其脫碳 層平均厚度為0.41mm。按照該加熱制度纟fl織實驗，最終鋼坯出爐溫度在110(t116(rc范圍內, 而且從加熱二段開始加熱爐溫度達到1150°c,這就意味著鋼坯將長期處于高溫環(huán)境下，促 使鋼坯表面溫度增高，碳原子的活化能增加，從而產生大量的脫碳現彖。同理，根據圖2中右圖(b)第二組實驗得出高速鋼軌脫碳層厚度與加熱溫度的變化曲線, 可擬合方程為：j =0.00497-542(4)由實驗結果可知：第二組溫度控制制度下，平均鋼坯出爐溫度在1088°c左右，其脫碳 層平均厚度為0. 25mino按照該加熱制度組織實驗，最終鋼坯出爐溫度控制在10801100°c范 圍內，其脫碳層厚度明顯降低，平均脫碳層厚度小于0. 3mmo分析其主要原因是：為了整體 上降低鋼坯溫度，將具控制在1080" 1100°c范圍內，采丿ij強化加熱爐卜部加熱能力，減少鋼 坯陰陽而(上下表而溫差)，保證鋼