[發明專利]一種超高強韌性導向軌鋼材及其制備方法

有效

• 申請號: 201810959904.5
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109082589B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 朱敏;費俊杰;周劍華
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/58;C22C38/52;B21B1/085;C21D8/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒;李欣榮

本發明公開了一種高強韌性導向軌鋼材，各組分及其所占質量百分比包括：C 0.46～0.57％、Si 3.60～4.50％、Mn 4.5～5.1％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.2～2.7％、Cr 2.5～3.5％、Co 2.5～3.5％，其余為Fe和雜質元素。本發明首次提出采用高硅、高錳、高鈷的成分設計，對鋼材的組成和組織結構進行優化，所得鋼材強度高、韌性好，可滿足膠輪導軌小半徑曲線、高剪切力作用下導向要求，保證鋼軌不發生斷裂，滿足城市軌道交通發展需求，為解決城市擁堵、減少汽車排放，發展我國新型公共環保交通方式的發展提供支撐；且涉及的制備方法簡單，能耗低，適合推廣應用。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金及材料領域，具體涉及一種超高強韌性導向軌鋼材及其制備方法。

背景技術

膠輪導軌電車是一種地面公共交通工具，依靠軌道導向和電力推動列車。具有運能較大、噪音小、節約能源、乘坐舒適、爬坡能力強優點，在大城市可以作為地鐵、輕軌的加密網絡，在中小城市可作為交通骨干。由于膠輪導軌電車較鋼輪鋼軌電車爬坡能力強，在我國西南地區等以山區為主的城市，更具有廣泛的應用前景。

然而，膠輪導軌電車在我國剛剛開始發展，鋼軌在行駛過程中起導向作用，而不是傳統鋼軌起到的支撐列車和輪軌接觸運行的作用。目前通常采用普通鋼軌材料制備鋼軌，但由于膠輪導軌電車轉彎半徑小，最小的僅10米(鐵路最小曲線半徑200米)，現有鋼軌材料韌性差(20℃沖擊功KV₂≤10J)，在小曲線半徑容易發生斷裂等問題；且膠輪導軌電車上導向輥在小曲線半徑上對導向軌施加強大的導向力，現有熱軋鋼軌強度低(抗拉強度≤1280MPa)，很容易造成斷軌等問題。因此，進一步探索具有高韌性、高強度鋼軌材料具有重要的研究和應用意義。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有鋼軌材料存在的不足，提供一種具有高強韌性的導向軌材料，其屈服強度≥1900MPa，抗拉強度≥2500MPa，斷后伸長率≥36％，-40℃沖擊功KV₂≥90J；可有效保障膠輪導軌電車運行安全，為膠輪導軌電車的發展提供技術支撐。

為實現上述方案，本發明采用的技術方案為：

一種超高強韌性導向軌鋼材，各組分及其所占質量百分比包括：C 0.46～0.57％、Si 3.60～4.50％、Mn 4.5～5.1％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.2～2.7％、Cr 2.5～3.5％、Co 2.5～3.5％，其余為Fe和雜質元素。

優選的，所述超高強韌性導向軌鋼材中，各組分及其所占質量百分比包括：C 0.5～0.57％、Si 4～4.4％、Mn 4.8～5.0％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.4～2.7％、Cr 2.8～3.4％、Co 3～3.4％，其余為Fe和雜質元素。

更優選的，所述超高強韌性導向軌鋼材中，各組分及其所占質量百分比包括：C0.57％、Si 4.35％、Mn 5.0％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.6％、Cr 3.2％、Co 3.3％，其余為Fe和雜質元素。

上述一種超高強韌性導向軌鋼材的制備方法，包括冶煉、控軋控冷工藝；具體工藝條件包括：經轉爐冶煉后進行連鑄，鑄坯在460～680℃保溫1～3h，然后以0.6～0.8℃/s的速率冷卻至室溫；鑄坯加熱到1200～1240℃，然后軋制成導向軌，其中終軋溫度為850～900℃，軋后以10～14℃/s冷速冷卻到220～240℃保溫1～3h，然后空冷至室溫。

根據上述方案所得超高強韌性導向軌鋼材，其Rp_0.2≥1900MPa，R_m≥2500MPa，A≥36％，-40℃沖擊功KV₂≥90J；金相組織為板條寬度5-10nm無碳化物貝氏體；具有超高強度，能對列車運行起到單軌導向作用，承受較高的橫向力和縱向力；具有良好的韌性，可以將鋼軌在室溫條件下彎曲到小于5m的曲線半徑軌道，適應城市狹窄地區軌道交通發展。