[發明專利]一種重載鐵路用鋼軌及其生產方法和應用

有效

• 申請號: 201510439628.6
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105154773B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 鄧勇;郭華;袁俊;王春建;賈濟海;鄒明;韓振宇
• 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: E01B5/02
• 分類號: E01B5/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 嚴政,李婉婉

技術領域

本發明涉及一種重載鐵路用鋼軌及其生產方法和應用。

背景技術

重載鐵路的彎道中，輪軌接觸的早期階段，車輪與鋼軌軌距角處的接觸應力相較后期的穩定階段明顯過大，造成鋼軌在前半年服役過程中疲勞裂紋過早產生和擴展，容易發生剝離缺陷，嚴重情況下還會造成軌頭核傷缺陷，影響鐵路的行車安全。

針對鋼軌早期使用過程中出現的疲勞現象，國內外相關研究人員也在采取不同措施進行改善，以期使鋼軌使用更為安全，鐵路運輸更為順暢。例如，北美地區的美國、加拿大等通過利用將軌距角處的三段圓弧優化為四段圓弧，使輪軌接觸應力更小。國內鋼軌研究工作者近些年也開始借鑒北美的技術思路來改善輪軌接觸條件，如周清躍、張銀花、田常海等發表的“60N鋼軌的廓形設計及試驗研究”論文中介紹，針對我國鐵路多種型面的車輪在線路上混跑的實際情況，為改善輪軌接觸關系，減少輪軌接觸應力、改善車輛動力學性能，研究設計具有新軌頭廓型的60N鋼軌。仿真結果表明：60N鋼軌與LM，S1002CN和LMA型面車輪接觸時的接觸點基本在軌頭踏面中心區域；60N鋼軌的最大接觸應力和最大Mises等效應力與60鋼軌相比，分別降低約19％和13％。

同時，國內外相關研究者也通過設計鋼軌的化學成分和熱處理工藝來改善鋼軌的抗接觸疲勞性能，具體如下。

(1)克里斯英國有限公司于2011年申請“具有耐磨性能和滾動接觸疲勞抵抗性的優異結合的鋼軌鋼”專利(申請公布號CN101946019A)，該專利涉及高強度珠光體鋼的鋼軌，其具有耐磨性和滾動接觸疲勞抵抗性的優異結合，其中該鋼由以下組成：0.88-0.95％碳，0.75-0.92％硅，0.80-0.95％錳，0.05-0.14％釩，至多0.008％氮，至多0.030％磷，0.008-0.030％硫，至多2.5ppm氫，至多0.10％鉻，至多0.010％鋁，至多20ppm氧，余量為鐵和不可避免的雜質。該專利鋼軌在水潤滑條件下具有超過130000循環的RCF抵抗性。

(2)新日鐵住金株式會社公司于2013年在國內申請“鋼軌及其制造方法”專利(申請公布號CN102985574A)，該專利提供一種鋼軌，該鋼軌以質量％計含有：C：大于0.85且為1.20％以下、Si：0.05-2.00％、Mn：0.05-0.50％、Cr：0.05-0.60％、P≤0.0150％，其余部分由Fe及不可避免的雜質構成，其中，由以頭部拐角部及頭頂部的表面作為起點到深度10mm的范圍構成的頭表部的97％以上為珠光體組織；所述珠光體組織的維氏硬度為Hv320-500；所述珠光體組織中的滲碳體相的Mn濃度CMn[at.％]除以鐵素體的Mn濃度FMn[at.％]而算出的值CMn/FMn值為1.0以上且5.0以下。

(3)新日本制鐵株式會社公司于2012年申請“延展性優良的珠光體系高碳鋼鋼軌及其制造方法”(申請公布號CN102803536A)，涉及一種延展性優良的珠光體系高碳鋼鋼軌，其以質量％計，含有C：超過0.85-1.40％、Si：0.10-2.00％、Mn：0.10-2.00％、Ti：0.001-0.01％、V：0.005-0.20％以及N＜0.0040％，剩余部分包括鐵和不可避免的雜質；Ti和V的含量滿足式(1)的范圍，而且鋼軌頭部為珠光體組織。5≤[V(質量％)]/[Ti(質量％)]≤20式(1)。

(4)美國柏林頓北方鐵道公司于1991年申請“高強度耐損傷鋼軌及其制造方法”(專利公開號CN1063916A)。該專利提出一種高強度耐損傷鋼軌的構成，該鋼軌的組分按重量百分比計算為C：0.60-0.85％、Si：0.1-1.0％、Mn：0.5-1.5％、P：在0.035％以下、S：在0.040％以下、Al：在0.05％以下，其余為Fe及不可避免的夾雜。角部2及頭側部3的硬度為HB341-HB405,頭頂部的硬度為上述角部及頭側部硬度的90％以下。

然而，上述鋼軌均只關注了少數幾個方面，而沒有同時兼顧強度、耐磨性和耐接觸疲勞性能，尤其是對于鋼軌早期的耐接觸疲勞性能更沒有給予特別的關注。

發明內容

本發明的目的是克服現有的貨運鐵路在使用早期容易出現接觸疲勞勞損的現狀，提供一種重載鐵路用鋼軌及其生產方法，該重載鐵路用鋼軌具有高強度、高耐磨性和高抗接觸疲勞性能，尤其在使用前期具有優異的耐磨性能和抗接觸疲勞性能。

本發明提供了一種重載鐵路用鋼軌，該重載鐵路用鋼軌的軌距角由球狀珠光體組織構成，所述軌距角的厚度為3-5mm，硬度為341-368HB，延伸率為13-16％。