[發(fā)明專利]一種接觸疲勞性能優(yōu)良的鋼軌及其生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410393296.8
• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN104120354A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓振宇;鄒明;郭華;汪淵;李大東;鄧勇;袁俊
• 申請（專利權(quán)）人: 攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C21D8/00
• 代理公司: 成都希盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 柯海軍;武森濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼軌，更具體地講，涉及一種接觸疲勞性能優(yōu)良的鋼軌及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

高速、重載鐵路的飛速發(fā)展極大地方便了人們的日常出行及大宗貨物的高效運(yùn)輸，鐵路運(yùn)輸已逐步成為交通領(lǐng)域最具性價(jià)比、不可或缺的運(yùn)輸方式。鐵路工業(yè)中一直難以解決的技術(shù)問題是輪軌滾動接觸疲勞問題，科研和技術(shù)人員采取了各種方法與措施來減少它的危害，如發(fā)展輪軌新材料，優(yōu)化輪軌廓形匹配，以減少輪軌接觸應(yīng)力和改善軌道與車輛結(jié)構(gòu)性能來減少輪軌之間的動力作用，延長鋼軌的服役壽命，但效果均不顯著。隨著鐵路客貨運(yùn)量的增大、列車速度的提高和線路年通過總重的提高，滾動接觸疲勞破壞變得越來越顯著，尤其是高速重載線路，情況更加嚴(yán)重，不僅顯著增加了鐵路的運(yùn)營維護(hù)成本，還直接威脅到列車的行車安全。世界各國鐵路部門每年需花費(fèi)巨資來維護(hù)與更換疲勞輪對與鋼軌，我國鐵路部門每年也要花費(fèi)數(shù)十億元在這項(xiàng)工作上，使我國的鐵路運(yùn)輸成本居高不下。此外，輪軌滾動接觸過程中引起的疲勞現(xiàn)象往往引起輪軌突發(fā)性的斷裂破壞。因此，解決輪軌滾動接觸疲勞問題，對降低鐵路運(yùn)輸成本、保障行車安全是十分重要的。

作為承載并引導(dǎo)列車運(yùn)行并將載荷傳遞至道床的關(guān)鍵部件---鋼軌，其質(zhì)量的高低及性能的優(yōu)劣與鐵路運(yùn)輸密切相關(guān)。在材質(zhì)方面，為抵抗軸重與運(yùn)能的不斷提升，鋼軌的碳含量及強(qiáng)度呈現(xiàn)不斷提高的趨勢，以抵抗來自車輪的載荷和磨耗。目前，用量最大、使用范圍最廣的仍是普通碳素及微合金化系列珠光體鋼軌。然而，珠光體鋼軌顯著的劣勢是韌塑性偏低，導(dǎo)致鋼軌耐滾動接觸疲勞強(qiáng)度低，在輪軌各向復(fù)雜接觸應(yīng)力的作用下，在輪軌接觸部位易產(chǎn)生斜裂紋、剝離掉塊、核傷等缺陷，危機(jī)列車的行車安全，盡管通過線路檢查或探傷，能夠提前發(fā)現(xiàn)缺陷并采取相關(guān)措施，但鋼軌突然斷裂，危機(jī)行車安全的問題仍然嚴(yán)峻。為此，研究人員嘗試了另一種新材質(zhì)---貝氏體鋼軌，這種鋼軌具有更高的疲勞強(qiáng)度但面臨著耐磨損性能不足、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、合金化成本高等一系列難題，至今未能大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此，在現(xiàn)有珠光體鋼軌的基礎(chǔ)上，發(fā)明一種具有良好接觸疲勞性能、同時(shí)兼具適中耐磨損性能的鋼軌十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種接觸疲勞性能優(yōu)良的鋼軌及其生產(chǎn)方法，在特定合金化條件下，通過對珠光體片層間距的細(xì)化至極限可達(dá)到進(jìn)一步提高鋼軌綜合性能的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種接觸疲勞性能優(yōu)良的鋼軌，以重量百分比計(jì)，含有0.68％-0.75％C、0.20-0.80％Si、0.40％-1.00％Mn、0.30％-0.70％Cr、0.04％-0.12％V，P含量≤0.020％，S含量≤0.010％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；

其生產(chǎn)方法包括冶煉-精煉-真空精煉-連鑄-軋制-熱處理，其中，熱處理工序中，對終軋后帶有余熱的鋼軌的軌頭部位施加冷速為5.0-8.0℃/s的水霧混合氣，當(dāng)軌頭表層溫度降至500-550℃時(shí)停止水霧混合冷卻，采用冷速2.0-4.0℃/s的壓縮空氣繼續(xù)冷卻直至軌頭表層溫度低于400℃時(shí)停止加速冷卻并空冷至室溫。

進(jìn)一步，本發(fā)明的鋼軌采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、經(jīng)LF精煉、RH或VD處理后連鑄為250mm×250mm-450mm×450mm斷面方坯。

發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，目前鐵路應(yīng)用的珠光體鋼軌片層間距一般在0.12-0.20μm之間。通過特定的化學(xué)成分設(shè)計(jì)并配合接近極限的熱處理工藝，軌頭部位特別是距離軌頭表層20mm深范圍內(nèi)珠光體片層間距可細(xì)化至0.07-0.10μm，這種細(xì)化了的珠光體組織不僅保持了鋼軌良好的耐磨損性能，具有較高的強(qiáng)硬度；同時(shí)，依托強(qiáng)烈的細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)，韌塑性較現(xiàn)有鋼軌顯著改善，鋼軌的耐接觸疲勞性能隨之改善。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種接觸疲勞性能優(yōu)良的鋼軌及其生產(chǎn)方法。具體來說，在現(xiàn)有珠光體鋼軌碳含量基礎(chǔ)上，輔以適量Si、Mn元素并采用V、Cr復(fù)合微合金化，通過對余熱鋼軌施加兩段具有不同冷卻速度的冷卻方式，在確保鋼軌全斷面仍為珠光體組織的同時(shí)提升鋼軌的強(qiáng)韌性指標(biāo)，這種采用細(xì)晶強(qiáng)化方式獲得的鋼軌不僅保持了良好的耐磨損性能，同時(shí)耐接觸疲勞性能明顯由于現(xiàn)有產(chǎn)品。

本發(fā)明的有益效果：

利用本發(fā)明所得的鋼軌，鋼軌軌頭踏面至下方20mm處珠光體片間距0.07-0.10μm，抗拉強(qiáng)度≥1200MPa、延伸率≥12％、軌頭踏面硬度≥370HB、軌頭踏面下方20mm處硬度≥340HB，該鋼軌具有良好的耐滾動接觸疲勞性能，適宜于剝離掉塊等疲勞傷損突出的路段。

具體實(shí)施方式