本發明屬于鋼軌的生產技術領域，具體涉及一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法。
背景技術：
鋼軌的滾動接觸疲勞傷損(rcf)是世界鐵路運輸中普遍存在的問題，不僅關系到鐵路運輸安全，也縮短了鋼軌的使用壽命，增加了線路的維修養護成本。針對鋼軌的滾動接觸疲勞傷損，各國鐵路運輸部門均開展了大量的研究，主要包括傷損機理的研究、新型抗接觸疲勞鋼軌材質的研究和鋼軌打磨技術的研究。在新型鋼軌材質研究方面，貝氏體鋼以其優良的強韌性配合被譽為“21世紀的鋼軌鋼”。美、德、日等國相繼于20世紀90年代開展了貝氏體鋼軌的試驗研究，取得了令人振奮的試驗結果。伴隨著中國鐵路高速重載的快速發展，未來對耐磨及接觸疲勞性能都優異的鋼軌的需求將越來越迫切。近年來，我國鐵路提速后鋼軌的傷損明顯加劇，并以踏面斜裂紋、隱傷等新的滾動接觸疲勞傷損形式呈現。因此，開展如何降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋速率的研究具有十分重要的意義。
專利cn102899471a公開了一種貝氏體鋼軌的熱處理方法。該貝氏體鋼軌的熱處理方法包括：將終軋后的鋼軌自然冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至460～490℃；將鋼軌以2.0～4.0℃/s的冷卻速度強制冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至250～290℃；使鋼軌溫度自然回升直至鋼軌軌頭表層溫度達到300℃以上；將鋼軌置于爐膛溫度為300～350℃的加熱爐內回火處理2～6h；將鋼軌空冷至室溫。經根據本發明的熱處理方法得到的鋼軌在獲得穩定殘余奧氏體組織的同時具有良好的綜合力學性能。該方法的缺點的殘余奧氏體量超過了5％，殘余奧氏體作為一種不穩定性，在應變誘導下發生馬氏體相變，即trip效應，而馬氏體硬相是疲勞裂紋源誘發因素，有嚴重的易剝離掉塊傷損誘因，上道應用問題突出，無法規模化推廣
專利cn105385938a提供一種貝氏體鋼軌合金體系及其貝氏體鋼軌的熱處理方法以及貝氏體鋼軌。合金體系的成分以質量百分比計如下：c：0.22～0.27；si：1.65～1.85；mn：1.60～1.80；cr：1.30～1.90；mo：0.25～0.85；ni：0.25～0.95；v：0.040～0.060或nb：0.020～0.040；p：≤0.015、s：≤0.015；余量為fe和不可避免的雜質元素；其中對雜質元素進行嚴格控制：(1)氣體含量：鋼水[h]≤2.0ppm，鑄坯[h]≤1.5ppm，[o]≤25ppm，[n]≤70ppm；(2)殘余元素：al≤0.006％，cu≤0.15％，sn≤0.010％，sb≤0.010％。該熱處理方法的生產特點是，有效控制奧氏體組織的細化及元素和微觀組織的偏析和不均現象，以利于冷卻相變后獲得細小的均勻的下貝氏體組織，保證有效控制鋼軌完全發生下貝氏體組織的相變，從而獲得高性能的貝氏體鋼軌。該方法的缺點的生產工藝的太復雜，實際軋鋼生產不能滿足生產節奏，生產周期長，產量低，從而導致生產成本高。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本發明提供了一種貝氏體鋼軌的生產方法，生產工藝簡單，成本較低，滿足生產要求，同時能夠達到降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的目的。
為了實現上述目的，本發明提供一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時，lf爐外精煉的渣堿度控制在1.8～2.3范圍內，爐渣夾雜物控制在鈣斜長石的塑性區域；
2)連鑄時，中包溫度控制在液相線以上10～20℃，拉速控制在0.3～0.5m/min；采用液芯壓下工藝得到鑄坯，控制鑄坯等軸晶率＞95％。
具體的，降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法還包括軋制步驟，所述軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區溫度1050～1150℃，鑄坯加熱ⅱ區溫度1200～1250℃，均熱段溫度：1180～1250℃，加熱ⅱ區和均熱段時間不少于200min；加熱時間250～280min，開軋溫度1080～1180℃，終軋溫度850～940℃。
具體的，降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法還包括軋后熱處理步驟，所述軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+50～100℃，加熱時間3～4h，出爐空冷，然后鋼軌在600～650℃下保溫處理，冷卻至室溫。
具體的，連鑄時，采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術，電流強度600～750a，頻率8hz。
具體的，連鑄時，末端液芯輕壓下10mm，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48h。
本發明的有益效果在于：1)在煉鋼時，通過合理設定精煉渣系的目標堿度，控制夾雜物成分以及大小；2)連鑄時，通過控制中包溫度以及結晶器強電磁攪拌產生對剪切流場，形成細小的全等軸晶連鑄，降低中心偏析；3)后期通過加熱工藝、合適的冷卻工藝以及熱處理工藝，最終達到降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的目的。本發明生產的貝氏體鋼軌的抗拉強度高，-20℃斷裂韌性kic高達102mpa·m1/2；疲勞裂紋擴展速率當δk＝13.5mpa·m1/2時，da/dn低至11m/gc。
具體實施方式
以下通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不限制本發明。凡是不背離本發明構思的改變或等同替代均包括在本發明的保護范圍之內。
實施例1：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時，lf爐外精煉的渣堿度控制在1.87，爐渣夾雜物控制在鈣斜長石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區域；
2)連鑄時，中包溫度控制在液相線以上12℃，拉速控制在0.5m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術連鑄成280*380mm大方坯，電流強度750a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區溫度1087℃，鑄坯加熱ⅱ區溫度1242℃，均熱段溫度：1247℃，加熱ⅱ區和均熱段時間212min；總加熱時間268min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1173℃，萬能軋制終軋溫度931℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+70℃，加熱時間3.5h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為633℃，冷卻至室溫。
實施例2：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時，lf爐外精煉的渣堿度控制在2.2，爐渣夾雜物控制在鈣斜長石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區域；
2)連鑄時，中包溫度控制在液相線以上18℃，拉速控制在0.3m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術連鑄成280*380mm大方坯，電流強度600a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率96％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區溫度1052℃，鑄坯加熱ⅱ區溫度1211℃，均熱段溫度：1229℃，加熱ⅱ區和均熱段時間224min；總加熱時間276min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1109℃，萬能軋制終軋溫度864℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+95℃，加熱時間3h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為642℃，冷卻至室溫。
實施例3：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時，lf爐外精煉的渣堿度控制在2.0范圍內，爐渣夾雜物控制在鈣斜長石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區域；
2)連鑄時，中包溫度控制在液相線以上15℃，拉速控制在0.3m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術連鑄成280*380mm大方坯，電流強度600a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區溫度1132℃，鑄坯加熱ⅱ區溫度1243℃，均熱段溫度：1246℃，加熱ⅱ區和均熱段時間202min；總加熱時間263min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1170℃，萬能軋制終軋溫度924℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+64℃，加熱時間4h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為608℃，冷卻至室溫。
實施例4：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時，lf爐外精煉的渣堿度控制在2.3，爐渣夾雜物控制在鈣斜長石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區域；
2)連鑄時，中包溫度控制在液相線以上10℃，拉速控制在0.4m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術連鑄成280*380mm大方坯，電流強度700a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區溫度1150℃，鑄坯加熱ⅱ區溫度1250℃，均熱段溫度：1250℃，加熱ⅱ區和均熱段時間210min；總加熱時間250min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1180℃，萬能軋制終軋溫度940℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+100℃，加熱時間4h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為650℃，冷卻至室溫。
實施例5：
一種降低貝氏體鋼軌疲勞裂紋擴展速率的生產方法，包括以下步驟：
1)冶煉脫氧時，lf爐外精煉的渣堿度控制在1.8，爐渣夾雜物控制在鈣斜長石(cao·al2o3·2sio2)的塑性區域；
2)連鑄時，中包溫度控制在液相線以上20℃，拉速控制在0.4m/min；采用液芯壓下并配以電磁攪拌技術連鑄成280*380mm大方坯，電流強度650a，頻率8hz；末端液芯輕壓下10mm，鑄坯等軸晶率98％，鑄坯在緩冷坑加保溫罩中堆垛48小時。
軋制步驟中，加熱工藝為鑄坯加熱ⅰ區溫度1050℃，鑄坯加熱ⅱ區溫度1200℃，均熱段溫度：1180℃，加熱ⅱ區和均熱段時間200min；總加熱時間280min，不得過熱過燒，bd1開軋溫度1080℃，萬能軋制終軋溫度850℃，上冷床后加保溫罩冷卻。
軋后熱處理步驟中，軋后鋼軌放在加熱爐中，爐溫ac3+50℃，加熱時間3.5h，出爐空冷，然后鋼軌堆垛放入保溫坑保溫處理，保溫坑溫度為600℃，冷卻至室溫。
以實施例1～5制得的鋼軌性能與對比實施例(常規煉鋼并連鑄成鋼坯，熱軋終軋溫度950℃，控制冷卻溫度0.3～10℃/s到550～620℃，以0.5～5℃/s控冷到320～350℃，空冷到室溫，回火溫度330℃)進行對比，見下表1。
由表1可以看出，與對比實施例相比，1～5實施例制得的鋼軌的抗拉強度更高，延伸率無明顯差異，在-20℃斷裂韌性kic高達102mpa·m1/2，疲勞裂紋擴展速率當δk＝13.5mpa·m1/2時，da/dn低至11m/gc。
表1各實施例和對比例生產的鋼軌的性能比較