[發明專利]一種含有微量碳化物的貝氏體鋼軌及其生產方法

有效

• 申請號: 201410192490.X
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103966520A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 韓振宇;鄒明;賈濟海;郭華;李大東;鄧勇;王春建;袁俊
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C33/04;C21D8/00;C21D9/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 李婉婉;張苗

技術領域

本發明涉及一種含有微量碳化物的貝氏體鋼軌以及該含有微量碳化物的貝氏體鋼軌的生產方法。

背景技術

目前，鐵路廣泛使用的鋼軌大多為共析鋼，顯微組織以珠光體為主，同時包含微量鐵素體，具有強韌性匹配良好，性能適中等特點。然而，隨著鐵路行車密度和軸重的不斷提高，特別對于部分線路條件較為苛刻的路段，已有鋼軌產品已難以滿足線路服役需求。其中，輪軌接觸部位過快磨耗已逐步成為影響重載鐵路特別是小半徑曲線部位鋼軌使用壽命的主要因素。為此，本領域研發人員始終致力于開發具有更好耐磨損性能，同時兼顧良好接觸疲勞等綜合性能指標的鋼軌新產品，以滿足鐵路建設需要。

通過多年研究發現，同時能夠滿足上述要求的主要有兩種方法：一是進一步提高鋼軌鋼的碳含量，并輔以適量合金元素，充分發揮碳對提高鋼軌耐磨損性能的作用，并通過軋后冷卻工藝使鋼軌獲得更優良的強韌性匹配以及綜合性能；二是利用高合金含量的貝氏體鋼軌，同樣通過控制軋后冷卻工藝，得到具有良好磨損性能的貝氏體鋼軌，在充分發揮其優異的耐疲勞性能的同時提高其磨損性能。實踐證明，進一步提高現有鋼軌產品的碳含量，將面臨韌塑性不足以及二次滲碳體析出等對鋼軌使用安全性帶來的不利影響。近年來，貝氏體鋼用于鐵路鋼軌的實踐為鋼軌新產品開發提供了新的思路。然而，已有的貝氏體鋼軌在保持鋼軌優異的耐接觸疲勞性能的同時難以解決耐磨損的問題。例如：CN1074058C所述的貝氏體鋼軌，軌頭部位維氏硬度為230-320，由于硬度過低而無法有效抵抗輪軌磨耗，將導致因磨耗到限而提前下道。與之相類似的還有CN1101856C、CN1219904C、CN4040660C、CN1012906B等。CN1086743C公布了一種具有高抗表面疲勞傷損性和高耐磨性的貝氏體鋼軌，其顯微組織的特征在于其長軸處于100nm-1000nm之間的碳化物在所述貝氏體組織一給定斷面上所占的總面積為該斷面的10％-50％之間。該技術存在以下明顯不足：碳化物作為鋼中的硬質相，由于碳化物比例過高，在應力作用下，鋼軌產生裂紋后將優先沿碳化物擴展，導致鋼軌輕則產生裂紋、剝離掉塊等疲勞傷損、重則斷軌，危及行車安全。為避免出現上述問題，盡管該發明已采取減少碳化物尺寸的方式，但由于比例過高，仍無法從根本上有效解決。CN100471974C、CN1166804C等公開了一種空冷條件下貝氏體鋼軌及其制造方法，由于采用軋后空冷方式，其生產工序與本發明明顯不同。

因此，目前已經公開的貝氏體鋼軌及其制造方法在充分發揮其良好接觸疲勞性能的同時尚未從根本上解決貝氏體鋼軌耐磨損問題，亟需一種同時具有優良的耐磨損性和抗疲勞傷損性能的貝氏體鋼軌，以滿足重載鐵路特別是條件苛刻路段的服役需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的鋼軌難以同時具有優良的耐磨損性能和抗疲勞傷損性能的缺陷，提供一種具有優良的耐磨損性能和抗疲勞傷損性能的貝氏體鋼軌及其生產方法。

與珠光體鋼軌中的碳化物相似，貝氏體鋼中的碳化物尺寸以及碳化物的比例對鋼軌的耐磨損性能和使用壽命有顯著影響。鋼軌在使用過程中，受到車輪復雜應力的往復作用，與之產生的摩擦力將使鋼軌的軌頭輪軌接觸部位不斷磨耗，從微觀分析，鋼軌中的貝氏體型鐵素體作為鋼中的軟質相，雖然通過軋后加速冷卻已得到強化，但仍不足以抵抗車輪的磨損，碳化物作為鋼中的硬質相，隨著軌頭表層的不斷磨耗，將從貝氏體型鐵素體中逐步析出聚集，共同抵抗車輪的應力作用，可以起到提高耐磨損性能的作用。本發明的發明人研究發現，所述碳化物由貝氏體鐵素體基體中析出、呈短棒狀或條狀、長度不超過0.5μm，并且與鐵素體片條主軸方向呈50-70°夾角的碳化物能夠有效提高耐磨損性能，同時幾乎不影響鋼軌的滾動接觸疲勞性能。

為了實現上述目的，一方面，本發明提供一種含有微量碳化物的貝氏體鋼軌，其中，該鋼軌以貝氏體組織為主，碳化物長度0.05-0.5μm，與貝氏體鐵素體片條主軸方向呈50-70°夾角，且碳化物所占體積分數在1％-5％之間。

另一方面，本發明還提供了含有微量碳化物的貝氏體鋼軌的生產方法，其中，所述生產方法包括：將終軋后的余熱鋼軌空冷至軌頭踏面中心溫度為420-450℃時以2.0-5.0℃/s的冷速對鋼軌的軌頭部位進行加速冷卻以將軌頭踏面中心溫度降至220-240℃，然后將鋼軌置于300-350℃回火爐中回火4-6h，回火結束后，使鋼軌空冷至室溫。

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明