[發明專利]一種余熱淬火-自配分制備1380MPa級別貝氏體鋼軌的方法

有效

• 申請號: 201910864211.2
• 申請日: 2019-09-12
• 公開（公告）號: CN110592354B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 高古輝;白秉哲;桂曉露;張敏;譚諄禮;翁宇慶
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C21D9/04
• 分類號: C21D9/04;C21D6/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明涉一種余熱淬火?自配分制備1380MPa級別貝氏體鋼軌的方法，以低碳Mn?Si?Cr為主要合金元素，添加Ni、Mo、N、V、Nb等元素，其余為Fe，將經冶煉、鑄造、軋制后的余熱鋼軌，進行余熱淬火，使鋼軌踏面以0.2～20℃/秒的冷速加速冷卻至一定溫度之后，使鋼軌踏面自返溫至馬氏體轉變開始溫度之下的溫度進行配分，之后再將鋼軌冷卻至室溫，經回火后獲得1380MPa級別貝氏體鋼軌。本發明所得貝氏體鋼軌的抗拉強度為1380～1480MPa，屈服強度為980～1300MPa，延伸率大于12％，沖擊韌性大于100J，耐磨性顯著改善。

技術領域

本發明涉及鐵路用鋼技術領域，具體涉及一種余熱淬火-自配分制備1380MPa級別貝氏體鋼軌的方法。

背景技術

目前我國大宗、長途貨物的運輸主要依靠貨運鐵路承擔，鐵路的貨運能力直接影響著我國國民經濟的發展。重載鐵路是提升貨運能力的最有效的途徑，也是我國鐵路發展的重要方向。重載鐵路具有軸重大、運量大、發車密度高等特點，對鋼軌材料的強韌性、耐磨性和抗疲勞性能提出了更苛刻的要求，我國現有鋼軌性能已無法完全滿足，成為制約我國重載鐵路發展的瓶頸環節，研發新一代重載鋼軌勢在必行。

與普通珠光體鋼軌相比，貝氏體鋼軌具有更高的強韌性、更優的抗接觸疲勞性能和焊接性。在此背景下，很多科技工作者開始關注貝氏體鋼軌的研制與生產。例如，北京特冶工貿有限責任公司提出了“曲線和重載鋼軌用貝氏體鋼和貝氏體鋼軌及其生產方法”(公開號為CN 101921971A)，但由于采用風冷以冷速為10～20℃/分鐘冷卻，獲得鋼軌的強度低，僅為1200～1300MPa，不能滿足日益發展的重載鐵路建設。鞍鋼股份有限公司提出了“具有優異的抗疲勞性能的貝氏體組織的鋼軌及其生產方法”(公開號為CN 1978690A)，但是采用“熱軋后在空氣中自然冷卻”，必然會引起季節變化對冷速的影響，造成性能和組織不均勻。鋼鐵研究總院提出了“一種合金體系及其貝氏體鋼軌的熱處理方法”(公開號為CN105385938 A)，但是由于需要將鋼軌再進行重新奧氏體化和正火處理，沒有采用余熱熱處理，不利于節能減排。攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司提出了“一種高強度貝氏體鋼軌及其生產方法”(公開號為CN 104087852 A)；雖然采用余熱熱處理工藝，但是沒有自配分和回火步驟，馬氏體比較脆，不利于鋼軌的服役性能改善。

貝氏體/馬氏體/殘余奧氏體/碳化物復相組織是高強度級別(大于1380MPa)貝氏體鋼軌的理想組織，必要的馬氏體組織和碳化物有助于提高貝氏體鋼軌的強度和耐磨性；利用碳配分促進馬氏體中碳向奧氏體中擴散，有助于提高馬氏體的韌性，增加復相組織的穩定性。例如，北京交通大學提出了“一種無碳化物貝/馬復相鋼的BQP熱處理工藝”(公開號為CN 106893832A)，引進配分工藝提高了復相鋼的綜合力學性能；但是該專利中配分階段需要重新加熱，一方面不利于節能減排；另一方面，對于百米定尺鋼軌，再重新加熱很難實現。因此發明一種適用于百米定尺貝氏體鋼軌工業化生產的方法十分必要。

發明內容

為解決上述背景技術中存在的問題，本發明提出一種余熱淬火-自配分制備1380MPa級別貝氏體鋼軌的方法，一方面解決目前重載鐵路用鋼軌強韌性差、耐磨性、抗疲勞性能不足的問題，延長重載鋼軌的使用壽命；另一方面，適用于百米定尺重載鋼軌的工業化生產，有利于節能減排。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種余熱淬火-自配分制備1380MPa級別貝氏體鋼軌的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)將包含C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、N、V、Nb、Fe的貝氏體鋼經冶煉、鑄造制備成方坯，緩冷至室溫；

2)將方坯再次加熱，經軋制，得到余熱鋼軌；

3)將余熱鋼軌淬火，使鋼軌踏面加速冷卻至一定溫度之后，使鋼軌踏面自返溫至馬氏體轉變開始溫度之下的溫度進行配分，之后再將鋼軌冷卻至室溫；

4)將鋼軌回火，得到1380MPa級別貝氏體鋼軌。