一种双金属复合钢轨及其制备方法与流程

本发明涉及铁路用钢轨产品领域，具体涉及一种双金属复合钢轨的生产方法。

背景技术：

1、通过长时间的服役监测发现，铁路钢轨的腐蚀问题会严重影响钢轨服役时间。因此，诸多研究者及生产单位开展复合钢轨的开发，设计覆层成分和匹配的复合材料的制备和轧制技术，致力于提高钢轨的耐蚀能力，延长钢轨服役时间。

2、但在研究过程中发现，轧制工艺是开发双金属复合钢轨的关键因素之一，试验过程中采用原有的单一金属材料轧制工艺不能保证双金属的协调变形，轧制过程中耳子、脱壳等问题频发。

3、也曾尝试采用cn 113695399 b公开的一种双金属复合大圆坯开方坯的轧制方法进行双金属复合钢轨的轧制，但因所需方坯尺寸存在差异，公开专利更适合轧制等边的复合方坯，而轧制钢轨需要280mm*380mm的复合方坯，在第一步制备方坯过程便存在严重的耳子、倒方问题，如图1所示；由于钢轨截面形状的复杂性，加工过程利用多方向受力变形，给复合轧制带来极大困难，轧制过程中耳子、倒方、卡钢等问题频频出现，所以公开专利方法更加不适用与产品轧制工艺的设计；且利用公开专利方法生产存在流程工序繁多、生产节奏慢的问题，也将阻碍在后续生产中的应用。因此需要开发更适合钢轨的不均匀变形的复合轧制工艺技术，以应对多向不均匀受力变形的情况。

4、双金属变形特性的不同，是开发复合产品的难点所在，图2为实验中两材料在不同温度下的应力柱形图，可见两材料的变形抗力差距较大，两金属材料变形特性存在较大差异，且钢轨轧制不同于复合钢板轧制，孔型复杂，多方向受力变形，开发复合钢轨的首要问题是解决双金属的轧制工艺。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种双金属复合钢轨的制备方法，解决因钢轨孔型复杂导致易发生多方向受力变形，现有双金属复合轧制工艺不适用于双金属复合钢轨轧制的问题，还对覆层的成分进行设计，提高材料的耐蚀性以满足使用需要。

2、另外，本公开还提供了通过上述方法制备的双金属复合钢轨。

3、第一方面，所述的双金属复合钢轨的制备方法，包括将钢轨用钢圆坯及不锈钢无缝钢管组坯并真空焊接制成双金属圆坯，将所述双金属圆坯开方坯轧制成为双金属复合方坯；其中：

4、在1200℃～1240℃温度区间内加热所述双金属复合方坯0.5～1h后，将所述双金属复合方坯轧制成为双金属复合钢轨，所述轧制选用的bd1轧机孔型为箱形孔，所述箱形孔构成参数如下：

5、槽底宽度bk＝b+(-5～5)；

6、槽口宽度bk＝δh*β+b+(7～15)；

7、孔型侧壁斜度tanψ＝[δh*β+(2～20)]/(h-δh-s)；

8、槽底圆角半径r1＝(0.15～0.25)b；

9、槽口圆角半径r2＝(0.12～0.15)b；

10、辊缝高度s＝(0.01～0.2)d0；

11、孔型高度h＝h-δh；

12、轧槽深度hp＝(h-s)/2；

13、槽底凸度f＝0.02～0.04)b；

14、公式中：b-来料宽度；h-来料高度；δh-道次压下量；β-宽展系数；d0-轧辊名义直径。

15、其中：首道次槽底宽度bk≥b+(1～5)；

16、所述轧制设定轧制8-9道次，在保证不脱方可咬入的前提下，控制前两道次的压下量在10％以内；后续道次在保证h/b＜1.5的情况下，控制压下量为10～30％；轧后空冷。

17、在本公开及可能的实施例中，所述钢圆坯采用钢轨材料的牌号为u71mn或u75v，所述不锈钢无缝钢管的牌号为03cr24ni8mo3cu2nbn，所述不锈钢无缝钢管的成分是：c：0.03-0.04、si：0.9-1.3、mn：1.4-1.6、ni：6.5-8.5、cr：22-25、mo：2.9-3.9、cu：2-2.5、nb：1-1.2、n：0.1-0.25。

18、在本公开及可能的实施例中，所述组坯是将钢圆坯作为芯部，所述不锈钢无缝钢管作为覆层；

19、所述真空焊接是在真空度小于3*10-2pa的环境下，焊接所述组坯的封口。

20、在本公开及可能的实施例中，所述开方坯轧制前，在1240℃～1270℃温度区间内加热所述双金属圆坯，加热时间为7-8h；所述开方坯轧制的开轧温度控制在1200℃～1240℃，进行9～13道次开方坯轧制，轧至设定规格的复合方坯，空冷得到所述双金属复合方坯。

21、在本公开及可能的实施例中，在所述开方坯轧制过程中，采用无孔轧制及箱型孔轧制，后6道次采用所述箱型孔轧制，孔型参数如下：

22、槽底宽度bk＝b+(2～8)；

23、槽口宽度bk＝δh*β/2+b+(1～5)；

24、孔型侧壁斜度tanψ＝[δh*β/2+(-7～3)]/(h-δh)；

25、槽底圆角半径r1＝(0.1～0.3)b；

26、槽口圆角半径r2＝(0.05～0.2)b；

27、辊缝高度s＝(0.02～0.05)d0；

28、孔型高度h≤h-δh；

29、轧槽深度hp＝(h-s)/2；

30、公式中：b-来料宽度；h-来料高度；δh-道次压下量；β-宽展系数；d0-轧辊名义直径。

31、在本公开及可能的实施例中，所述开方坯轧制11或13个道次；控制h/b<1.6，第一道次及第二道次压下量控制在0～7％；第三道次及第四道次压下量控制在5～10％；第五道次及第六道次压下量控制在10-15％；后续道次压下量控制在5～20％。

32、第二方面，所述的双金属复合钢轨，通过第一方面所述的方法制备而成。

33、本发明的有益效果：

34、本发明的双金属复合钢轨制备方法，基于钢轨孔型复杂的特点设计箱形孔构成参数、轧制道次及各道次压下量等工艺参数，所以可有效解决现有双金属复合大圆坯开方坯轧制方法进行双金属复合钢轨的轧制过程，由于钢轨截面形状的复杂性，加工过程利用多方向受力变形，给复合轧制带来极大困难，导致轧制过程中成型难，复合效果差，且频频出现耳子、倒方、卡钢等问题，从而获得复合效果好的双金属复合钢轨，所以采用本发明方法轧制的双金属复合钢轨，不仅具有等同于覆层03cr24ni8mo3cu2nbn不锈钢的优秀耐蚀性能，以解决运输和使用中的腐蚀问题；还因总压下量的增加，双金属复合钢轨的力学性能得到进一步提升；另外，本发明方法从组合坯到复合钢轨实现一体化轧制，兼顾工序减量化和成本低廉化的同时，并能充分保证复合产品的复合质量，为双金属复合钢轨的轧制提供一种切实可行的方法。

技术特征：

1.一种双金属复合钢轨的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双金属复合钢轨的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的双金属复合钢轨的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的双金属复合钢轨的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的双金属复合钢轨的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的双金属复合钢轨的制备方法，其特征在于：

7.一种双金属复合钢轨，其特征在于，其制备方法是：

技术总结
本发明公开了一种双金属复合钢轨及其制备方法，包括将钢轨用钢圆坯及不锈钢无缝钢管组坯并真空焊接制成双金属圆坯，将所述双金属圆坯开方坯轧制成为双金属复合方坯；并在1200℃～1240℃温度区间内加热所述双金属复合方坯0.5～1h后，将所述双金属复合方坯轧制成为双金属复合钢轨，所述轧制选用的BD1轧机孔型为箱形孔，设定轧制8‑9道次，在保证不脱方可咬入的前提下，控制前两道次的压下量在10％以内；后6道次在保证H/B＜1.5的情况下，控制压下量在10～30％；同时对钢轨覆层的成分进行了设计；有效解决因钢轨孔型复杂导致易发生多方向受力变形，现有双金属复合轧制工艺不适用于双金属复合钢轨轧制的问题。

技术研发人员：张瑜,金纪勇,刘祥,廖德勇,王杨,王冬,于海鑫,李旭,李哲,李侠
受保护的技术使用者：鞍钢股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15