本發(fā)明涉及鋼軌領(lǐng)域，具體地，涉及一種重載鋼軌及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：
鐵路運(yùn)輸具有穩(wěn)定、安全、廉價(jià)、高效的特點(diǎn)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈。我國(guó)自然資源豐富，對(duì)鐵路運(yùn)輸依賴程度高。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)中國(guó)鐵路交通運(yùn)輸高速發(fā)展。2009年底全國(guó)運(yùn)用鐵路總里程達(dá)到86000km，中國(guó)已成為世界上擁有最長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)鐵路的國(guó)家之一。預(yù)計(jì)在2020年中國(guó)運(yùn)營(yíng)鐵路總里程將到達(dá)120000km，包括16000km客運(yùn)專用鐵路。我國(guó)鐵路貨運(yùn)特點(diǎn)是大軸重、專一運(yùn)輸、地理環(huán)境復(fù)雜等，例如大秦鐵路、溯黃鐵路，其年運(yùn)量分別達(dá)到了4.4億噸和2.3億噸。隨著車(chē)速及軸重的增加，輪軌承受著前所未有的摩擦力，它們的磨損變得越來(lái)越嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)中國(guó)部分鐵路上輪軌傷損的研究發(fā)現(xiàn)，重載線路鋼軌傷損以局部磨損為主，尤其是在小半徑彎道及道岔處，占到了重載線路傷損總量的80％以上。在軌頭出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損會(huì)導(dǎo)致鋼軌壓潰，最終釀成嚴(yán)重的事故。所以需要鐵路養(yǎng)護(hù)人員時(shí)刻巡視線路鋼軌使用情況，出現(xiàn)問(wèn)題需及時(shí)更換。如果重載線路鋼軌耐磨性能差，那么無(wú)疑會(huì)增加鐵路養(yǎng)護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和鋼軌更換的頻次，大大提高了的線路運(yùn)行的人工和經(jīng)濟(jì)成本。由于重載線路軸重較大，各國(guó)多采用75kg/m以上大斷面珠光體鋼軌布設(shè)線路，由于鋼軌斷面較大在軋制和熱處理過(guò)程中容易出現(xiàn)淬透不足、回升溫度高等因素引起的硬化層深度不夠的問(wèn)題，導(dǎo)致鋼軌硬度不夠且耐磨性能差，因此急需研究出一種具有優(yōu)良耐磨性能的重載鋼軌。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的重載鋼軌耐磨性能不夠好的問(wèn)題，提供一種具有更好的硬度和更優(yōu)良的耐磨性能的重載鋼軌及其制備方法。本發(fā)明提供了一種重載鋼軌，以該重載鋼軌的總重量為基準(zhǔn)，該重載鋼軌含有0.8-1.1重量％的C、0.55-0.9重量％的Si、0.5-1重量％的Mn、0.2-0.75重量％的Cr、0.04-0.12重量％的V、≤0.01重量％的P和96.12-97.91重量％的Fe。本發(fā)明還提供了一種重載鋼軌生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟：(1)轉(zhuǎn)爐冶煉：將鐵水預(yù)處理后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，并將轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制為：C含量大于0.15重量％，P含量小于0.012重量％，出鋼溫度為1600-1660℃；(2)脫氧合金化：在轉(zhuǎn)爐出鋼的同時(shí)進(jìn)行合金化，并控制該合金化后的成分為：C含量為0.70-0.79重量％、Si含量為0.4-0.5重量％、Mn含量為0.45-0.49重量％、Cr含量為0.15-0.19重量％以及V含量為0.03-0.039重量％，并且在合金化之后向鋼液中加入脫氧劑進(jìn)行脫氧；(3)LF爐精煉：將脫氧合金化所得鋼液在LF爐中進(jìn)行精煉并控制出站鋼液中各成分重量含量滿足：C含量為0.8-1.1重量％，Si含量為0.55-0.9重量％，Mn含量為0.5-1重量％，Cr含量為0.2-0.75重量％以及V含量為0.04-0.12重量％；(4)RH真空處理：在RH爐中對(duì)鋼液成分進(jìn)行微調(diào)，使各成分的含量達(dá)到目標(biāo)值。本發(fā)明的發(fā)明人在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)典的mm磨損試驗(yàn)機(jī)上開(kāi)展載荷980N、轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分、循環(huán)10萬(wàn)次的磨損試驗(yàn)時(shí)，目前鐵路主要使用的鋼軌磨損量都在0.4g以上，并且磨損表面都有明顯擠出脊或溝槽等磨粒磨損特征。由此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化合金成分，例如在現(xiàn)有珠光體鋼軌含碳量的基礎(chǔ)上增加C形成過(guò)共析鋼，并配合適量的Si、Mn元素及采用V、Cr復(fù)合微合金化，可以讓鋼軌軌頭組織細(xì)化，硬度提高，淬硬層更深，從而大大提高耐磨性能。更進(jìn)一步地，優(yōu)選配合適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕畿堉其撥壓罄密堉朴酂岵捎貌煌鋮s速度的多階段熱處理方式獲得耐磨性能更好的顯著優(yōu)于現(xiàn)有品種的重載鋼軌。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：圖1是實(shí)施例1所生產(chǎn)重載鋼軌A進(jìn)行磨損試驗(yàn)之后的SEM電鏡照片。圖2是實(shí)施例2所生產(chǎn)重載鋼軌B進(jìn)行磨損試驗(yàn)之后的SEM電鏡照片。圖3是實(shí)施例3所生產(chǎn)重載鋼軌C進(jìn)行磨損試驗(yàn)之后的SEM電鏡照片。圖4是對(duì)比例1所生產(chǎn)重載鋼軌D進(jìn)行磨損試驗(yàn)之后的SEM電鏡照片。圖5是對(duì)比例2所生產(chǎn)重載鋼軌E進(jìn)行磨損試驗(yàn)之后的SEM電鏡照片。具體實(shí)施方式以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種重載鋼軌，以該重載鋼軌的總重量為基準(zhǔn)，該重載鋼軌含有0.8-1.1重量％的C、0.55-0.9重量％的Si、0.5-1重量％的Mn、0.2-0.75重量％的Cr、0.04-0.12重量％的V、≤0.01重量％的P和96.12-97.91重量％的Fe。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化合金成分，使鋼軌的成分含量滿足上述范圍時(shí)，可以使鋼軌軌頭組織細(xì)化，硬度提高，淬硬層更深，從而大大提高耐磨性能。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述重載鋼軌的成分含量滿足：以該重載鋼軌的總重量為基準(zhǔn)，該重載鋼軌含有0.85-0.95重量％的C、0.55-0.75重量％的Si、0.75-0.85重量％的Mn、0.35-0.50重量％的Cr、0.045-0.095重量％的V、≤0.01重量％的P和96.845-97.455重量％的Fe。在本發(fā)明中，所述重載鐵路鋼軌的金相組織主要為珠光體組織。在本發(fā)明中，由于本發(fā)明的重載鐵路鋼軌具有更高的耐磨性能，因此特別適用于75kg/m及以上的大斷面鋼軌布設(shè)線路。本發(fā)明還提供了一種重載鋼軌生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟：(1)轉(zhuǎn)爐冶煉：將鐵水預(yù)處理后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，并將轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制為：C含量大于0.15重量％，P含量小于0.012重量％，出鋼溫度為1600-1660℃；(2)脫氧合金化：在轉(zhuǎn)爐出鋼的同時(shí)進(jìn)行合金化，并控制該合金化后的成分為：C含量為0.70-0.79重量％、Si含量為0.4-0.5重量％、Mn含量為0.45-0.49重量％、Cr含量為0.15～0.19重量％以及V含量為0.03-0.039重量％，并且在合金化之后向鋼液中加入脫氧劑進(jìn)行脫氧；(3)LF爐精煉：將脫氧合金化所得鋼液在LF爐中進(jìn)行精煉并控制出站鋼液中各成分重量含量滿足：C含量為0.8-1.1重量％，Si含量為0.55-0.9重量％，Mn含量為0.5-1重量％，Cr含量為0.2-0.75重量％以及V含量為0.04-0.12重量％；(4)RH真空處理：在RH爐中對(duì)鋼液成分進(jìn)行微調(diào)，使各成分的含量達(dá)到目標(biāo)值。在步驟(1)中，在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉之前需要對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理。所述預(yù)處理使得進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉的鐵水最好能夠滿足S≤0.014重量％且As≤0.025重量％，優(yōu)選地，S≤0.010重量％，As≤0.020重量％。在步驟(1)中，所述轉(zhuǎn)爐冶煉使用增碳法進(jìn)行，所用的增碳劑可以為無(wú)煙煤和/或?yàn)r青膠，優(yōu)選為無(wú)煙煤。在步驟(1)中，所述轉(zhuǎn)爐冶煉需要對(duì)終點(diǎn)進(jìn)行特別的控制，以使得出鋼的溫度為1600-1660℃，優(yōu)選為1640-1660℃；以鋼液總重量為基準(zhǔn)的C含量大于0.15重量％；以鋼液總重量為基準(zhǔn)的P含量小于0.012重量％，優(yōu)選小于0.010重量％。在步驟(2)中，在轉(zhuǎn)爐出鋼的同時(shí)進(jìn)行合金化，并控制該合金化后的成分滿足以下要求：以鋼液總重量為基準(zhǔn)，C含量可以為0.70-0.79重量％，Si含量可以為0.4-0.5重量％，Mn含量可以為0.45-0.49重量％，Cr含量可以為0.15-0.19重量％以及V含量可以為0.03-0.039重量％。在步驟(2)中，所述合金化之后向鋼液加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，以使得氧含量為0.002重量％以下。為了防止Al的引入，所述脫氧劑為無(wú)鋁的脫氧劑，例如為Ba-Ca-Si合金。在步驟(3)中，將步驟(2)脫氧合金化以后的鋼液在LF爐中進(jìn)行精煉，向LF爐中加入發(fā)泡劑、高堿度精煉渣和碳化硅并加熱25-40min。其中，相對(duì)于120噸鋼液的重量，所述發(fā)泡劑的用量為150-220kg，優(yōu)選為180-200kg，所述高堿度精煉渣的用量為700-800kg，以及所述碳化硅的用量為40-100kg，優(yōu)選為60-80kg。所述發(fā)泡劑可以為本領(lǐng)域常用的各種發(fā)泡劑，例如為L(zhǎng)FP-III型發(fā)泡劑。在步驟(3)中，可以控制LF爐的出站溫度為1500-1550℃，優(yōu)選為1540-1550℃。在步驟(3)中，需要在LF爐進(jìn)行終點(diǎn)控制，使得出站時(shí)鋼液中各成分重量含量達(dá)到本發(fā)明的重載鋼軌成分目標(biāo)含量±0.03重量％。在步驟(4)中，將步驟(3)所得鋼液在RH爐中進(jìn)行真空處理，真空處理的條件沒(méi)有特別的限定，按照本領(lǐng)域常規(guī)的RH爐條件即可，例如，在真空處理前進(jìn)行定氧，使得真空度≤5mbar，真空時(shí)間不得小于10min。在步驟(4)中，可以控制RH爐的出站溫度為1480-1490℃。在步驟(4)中，需要對(duì)RH爐進(jìn)行終點(diǎn)控制，即在RH爐中對(duì)鋼液中的合金成分進(jìn)行微調(diào)，使其達(dá)到目標(biāo)值。根據(jù)本發(fā)明的方法，通過(guò)上述步驟(1)-(4)能夠得到合金成分滿足本發(fā)明的重載鋼軌的合金成分的鋼液，然后經(jīng)過(guò)本領(lǐng)域常規(guī)的鑄造和軋制工藝即可得到硬度更高、耐磨性能更好的鋼軌。例如，本發(fā)明的方法還包括以下步驟：(5)連鑄：將所述RH真空處理所得的鋼液澆注成預(yù)定尺寸的方坯；(6)軋制：將步驟(5)所得方坯加熱后軋制成鋼軌；在步驟(5)中，將所述RH真空處理所得的鋼液進(jìn)行方坯連鑄，其中中間包溫度可以控制在1460-1490℃，優(yōu)選控制在1470-1480℃。所述方坯的尺寸可以為280mm×280mm～450mm×450mm，這是考慮到：若鋼坯尺寸小于280mm×280mm，則在后續(xù)軋制過(guò)程中壓縮比過(guò)小，成品鋼軌組織不夠細(xì)化，影響鋼軌質(zhì)量；若鋼坯尺寸大于450mm×450mm，則在后續(xù)軋制過(guò)程中，軋機(jī)軋制力過(guò)大，造成軋制困難，甚至出現(xiàn)劈頭廢鋼。在澆注過(guò)程中可以進(jìn)行全程保護(hù)和電磁攪拌，在澆注過(guò)程中應(yīng)當(dāng)采用輕壓下。所述澆注完成以后將方坯進(jìn)行靜置緩冷，緩冷時(shí)間為不小于24h。在步驟(6)中，先將緩冷后的方坯進(jìn)行加熱，加熱方式可以采用熱輻射加熱，加熱的溫度為1200-1300℃，優(yōu)選為1220-1250℃，加熱時(shí)間可以為0.8-1.2小時(shí)。在方坯加熱后軋制前可以進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，該保溫的時(shí)間可以為1-1.5h。在步驟(6)中，然后將加熱后的方坯進(jìn)行軋制，例如使用萬(wàn)能軋機(jī)對(duì)加熱方坯進(jìn)行軋制，具體軋制道次可以根據(jù)方坯尺寸進(jìn)行調(diào)整，每個(gè)軋制道次記錄軋制力大小，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整軋制壓下量，保證軋制節(jié)奏順暢，保證斷面尺寸符合要求。溫度控制沒(méi)有特別限定，例如，開(kāi)軋溫度可以為1150-1220℃，終軋溫度可以為800-900℃。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明優(yōu)化合金成分之后的重載鋼軌，如果再配合軋制后熱處理的過(guò)程，能夠細(xì)化所述重載鋼軌軌頭的珠光體組織，從而使得最終所得重載鋼軌的硬度和耐磨性得到進(jìn)一步提高。因此，本發(fā)明的方法還包括以下步驟：(7)熱處理：對(duì)軋制所得鋼軌的軌頭部位進(jìn)行多階段冷卻熱處理，且冷卻速度隨階段逐漸降低。在步驟(7)中，在所述軋制步驟完成后利用軋制的余熱對(duì)所得鋼軌的軌頭部位進(jìn)行多階段冷卻熱處理，優(yōu)選地，進(jìn)行三個(gè)階段的冷卻熱處理，且冷卻速度隨階段逐漸降低。第一階段可以稱為加速冷卻階段，在該階段中，開(kāi)冷溫度可以為800-950℃，優(yōu)選為800-850℃，更優(yōu)選為80...