中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
楊大巍
項目背景
鐵路作為國民經(jīng)濟大動脈，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要作用，重載鐵路運輸因其運能大、效率高、成本低受到世界各國鐵路部門的廣泛關(guān)注。以美國、澳大利亞、巴西為代表的重載鐵路較為密集的國家和地區(qū)，隨著重載貨車軸重及年運量的持續(xù)遞增，愈加苛刻的線路條件為鋼軌選材及其運輸安全帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。
重載鐵路軸重大、行車密度高，鋼軌服役工況極為嚴苛，過快磨耗、軌面剝離、接頭低踏等傷損頻發(fā)。隨著我國重載鐵路的運能增加，現(xiàn)有的重載鋼軌難以滿足長壽化、低維護運營需求，研發(fā)新一代高強耐磨重載鋼軌是解決該問題的有效途徑。2007年，為解決我國重載鐵路鋼軌服役壽命較短、傷損突出的問題，實現(xiàn)重載鐵路鋼軌的升級換代，攀鋼在國內(nèi)率先開展H390級過共析鋼軌研制。2017年，作為國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的鋼軌生產(chǎn)企業(yè)，攀鋼承接國家重點研發(fā)計劃任務(wù)，聯(lián)合西南交大、鐵科院等多家優(yōu)勢單位，深入開展?jié)M足國內(nèi)外重載鐵路需求的過共析鋼軌研制及應(yīng)用。
經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，攀鋼重點開發(fā)出7項關(guān)鍵技術(shù)：一是H390級高強耐磨過共析鋼軌成分體系設(shè)計，二是高強韌組織性能調(diào)控過共析鋼軌精準熱處理技術(shù)，三是高碳鋼鑄坯中心低偏析連鑄技術(shù)，四是高潔凈度過共析鋼軌鋼精煉技術(shù)，五是大斷面過共析鋼軌腹腔、底寬高尺寸精度萬能軋制技術(shù)，六是大斷面高強耐磨過共析鋼軌高平直度與低殘余應(yīng)力矯直技術(shù)，七是抑制滲碳體析出與低接頭缺陷控制技術(shù)。
項目主要創(chuàng)新成果
該項目取得的主要創(chuàng)新成果如下：
其一，協(xié)同調(diào)控的高強度、高耐磨、高韌性、高焊接性的高碳過共析鋼軌成分設(shè)計。該項目闡明了合金元素及熱處理工藝對高碳鋼軌鋼組織、力學性能、焊接性的影響規(guī)律，突破了兼具高強度、高韌性、高耐磨、高抗疲勞及焊接性優(yōu)良的重載鋼軌成分體系設(shè)計難題，國內(nèi)外首次形成了高強耐磨過共析鋼軌Cr—V復合微合金化成分體系及精準熱處理技術(shù)。
其二，突破高碳微合金化鋼軌鋼高潔凈度、高均質(zhì)度冶煉技術(shù)，攻克了大斷面高強鋼軌高精度萬能軋制及低殘余應(yīng)力矯直技術(shù)。該項目研制出過共析鋼軌專用低熔點、高流動性精煉渣，國內(nèi)首創(chuàng)針對過共析鋼軌特有的全新連鑄工藝，建立了高潔凈度、高均質(zhì)度、高尺寸精度高強耐磨過共析鋼軌全流程精準控制技術(shù)。
其三，設(shè)計了抑制先共析滲碳體析出與焊接接頭強韌性協(xié)同調(diào)控的多標準、多工況的高強過共析鋼軌焊接技術(shù)。該項目闡明了典型鋼軌焊接缺陷形成機理，突破了焊接接頭熱影響區(qū)先共析滲碳體析出與強韌性難以匹配的技術(shù)難題，形成了滿足國內(nèi)外多標準、差異化、高適應(yīng)性全套焊接技術(shù)并制定焊接技術(shù)規(guī)范。
項目成果及推廣應(yīng)用效果
該項目研究期間累計獲得美國、澳大利亞等8項國際發(fā)明專利授權(quán)，獲得12項中國發(fā)明專利授權(quán)、2項中國實用新型專利授權(quán)，認定2項企業(yè)專有技術(shù)，相關(guān)研究成果發(fā)表SCI（科學引文索引）、中文核心期刊論文5篇，研究成果成功入選2023年度“四川十大技術(shù)創(chuàng)新成果”榜單。
該項目先后突破了高碳釩、鉻復合微合金化成分設(shè)計與強韌性協(xié)同調(diào)控、夾雜物高效去除精煉與連鑄協(xié)同控制、高尺寸精度萬能軋制、高平直度與低殘余應(yīng)力平立復合矯直、組織性能精確調(diào)控在線熱處理及國內(nèi)外多工況、差異化焊接工藝等全套關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，攀鋼也成為國內(nèi)首家研制出H390級高強耐磨過共析鋼軌的鋼企，產(chǎn)品填補國內(nèi)空白并實現(xiàn)穩(wěn)定推廣應(yīng)用。國內(nèi)知名重載鐵路的應(yīng)用表明，高強耐磨過共析鋼軌在小半徑曲線耐磨損性能較現(xiàn)有最高性能H370鋼軌得到明顯提升，軌面光潔，焊接性能優(yōu)良。全球同級別產(chǎn)品對比測試應(yīng)用表明，高強耐磨過共析鋼軌抗拉強度、軌頭橫截面硬度、綜合服役性能位列前茅。
目前，該項目研制的高強耐磨過共析鋼軌已批量應(yīng)用于世界運量最大的大秦鐵路、朔黃鐵路等，同時還出口至澳大利亞、巴西等國家，展現(xiàn)出優(yōu)異的服役性能，顯著提高線路鋼軌的服役壽命，降低線路鋼軌的維護成本，獲得國內(nèi)外客戶的一致肯定。該項目研制的高強耐磨過共析鋼軌在國內(nèi)外重載鐵路中具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
結(jié)語
該項目研究形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高強過共析鋼軌設(shè)計、制備、焊接、應(yīng)用等成套技術(shù)，建立了完備的重載鋼軌新產(chǎn)品準入使用、檢測評估與服役評價和應(yīng)用標準。高強耐磨過共析鋼軌的成功應(yīng)用，可顯著提高重載鐵路運輸效率、降低線路維護成本，提升行車安全。同時，這在很大程度上減少了我國不可再生資源消耗，促進了鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新向低能耗、綠色、高質(zhì)化方向快速邁進。截至目前，攀鋼高強耐磨過共析鋼軌已實現(xiàn)向國際知名重載鐵路公司出口，顯著提升了我國重載鋼軌產(chǎn)品和技術(shù)在國際市場的競爭力與影響力，為我國“一帶一路”倡議實施和鐵路技術(shù)走出去發(fā)揮了積極的推動作用。
