[發明專利]具有低軌頂面硬度波動的貝氏體鋼軌及生產方法

在審

• 申請號: 202111318487.4
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114015944A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李若曦;韓振宇;袁俊;楊大巍
• 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: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/38;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/58;C22C38/34;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C21D9/04
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 劉小峰;陳黎明

本發明公開了一種具有低軌頂面硬度波動的貝氏體鋼軌及生產方法，貝氏體鋼軌的軌頂面中心的硬度為440～470HBW，同一支定尺鋼軌上的軌頂面硬度變化范圍＜20HBW。方法包括在線熱處理：待終軋后鋼軌軌頂面溫度在第一預定溫度時，以第一冷卻速度對鋼軌軌頂面、軌頭兩上圓角、軌頭兩側面進行加速冷卻處理，至軌頂面溫度為第二預定溫度后放置在冷床上，空冷至室溫；回火熱處理：將冷卻至室溫后的鋼軌放置于第三預定溫度的穩定溫度環境下進行回火熱處理預定時間，回火熱處理后將鋼軌冷卻至室溫。本發明通過控制鋼軌化學成分、在線熱處理工藝和回火熱處理工藝的方法，在無需大量添加多種微合金元素的情況下即可獲得具有低軌頂面硬度波動的貝氏體鋼軌。

技術領域

本發明涉及鋼軌生產技術領域，尤其涉及一種具有低軌頂面硬度波動的貝氏體鋼軌。

背景技術

我國鐵路正處于高速發展階段，隨著客運專用線路的增加，現有的客貨混運線路已逐漸減少客車運行，轉為以貨運為主，同時貨運專用線路也在向重載化發展，貨運線路的整體趨勢是向運量高、軸重大、行車密度高的方向發展。這一趨勢對鋼軌在線路上的服役性能和服役壽命提出了更高要求，只有提升鋼軌的質量與性能，才能夠保證鐵路貨運的高效率和高安全。

目前國內外客貨混運線路和貨運專用線路為提升鋼軌的服役性能和服役壽命，主要采用高性能熱處理珠光體鋼軌，但現有的熱處理珠光體鋼軌研發雖然逐步提高了鋼軌的強度、硬度，但鋼軌的韌性并未得到相應的提升，在重載線路特別是小半徑曲線段，鋼軌由于輪軌摩擦、車輪沖擊等原因導致的接觸疲勞及后續的裂紋、剝離掉塊已成為影響鋼軌服役壽命的重大問題之一。

近年來，國內外鋼軌生產企業針對珠光體鋼軌在接觸疲勞方面存在的問題，開始研發貝氏體鋼軌，期待其既具有貝氏體鋼高韌性、高耐接觸疲勞性能，同時又具有珠光體鋼優秀的強硬度和耐磨耗性能。

目前國內外多家鋼軌生產企業已經就貝氏體鋼軌及其生產方法開展多種研究，包括貝氏體鋼軌的成分設計、冶煉、軋制、熱處理、回火熱處理等工序，并針對其中的關鍵技術開展了專利申請，涉及的主要相關專利技術具體如下：

專利CN 104087852A《一種高強度貝氏體鋼軌及其生產方法》中公開了一種高強度貝氏體鋼軌及其生產方法，其鋼軌化學成份按重量百分比包括：C：0.15％～0.30％、Si：1.00～1.80％、Mn：1.50％～2.50％、Cr：0.20～0.60％、Mo：0.05～0.10％、，余量為Fe和不可避免的雜質，該專利采用在線熱處理方法，在鋼軌軌頭踏面自然冷卻至450～500℃時采用3.0～5.0℃/s的冷卻速度對鋼軌軌頭進行加速冷卻至220～300℃，已獲得具有優良耐磨損性能的無碳化物貝氏體+少量馬氏體+少量殘余奧氏體復相鋼。但該專利熱處理所采用在線熱處理方法較為粗糙，未規定鋼軌各位置的詳細冷卻工藝，難以獲得符合重載鐵路用貝氏體鋼軌的軌頭斷面硬度等性能，同時其生產的鋼軌內部應力未得到充分消除、軌頂面硬度及硬度波動未能夠進一步優化，在服役過程中易產生裂紋及剝離掉塊，影響鋼軌的使用壽命。

專利CN 106435367A《一種貝氏體鋼軌及其制備方法》中公開了一種貝氏體鋼軌及其制備方法，其鋼軌以重量計，軌頭上圓角部位的顯微組織中的貝氏體鐵素體片條的含量大于等于90％，且所述貝氏體鐵素體片條的寬度為0.3～0.8μm，薄膜狀殘余奧氏體的含量小于等于5％，且所述薄膜狀殘余奧氏體的寬度小于0.1μm，馬氏體的含量小于等于5％，具有優良的強韌性和較低的軌底中心殘余應力。但該專利中所公開的貝氏體鋼軌采用在線熱處理后直接回火的工藝，鋼軌在開始回火時溫度較高，鋼軌軌頭內部相變可能仍未完成，此時直接開始回火熱處理易導致鋼軌成品中貝氏體轉變不完全，殘余奧氏體+馬氏體組織較多，對鋼軌的綜合性能有負面影響，且回火熱處理后再進行鋼軌的矯直工序易導致已降低的軌底殘余應力再次升高，對鋼軌的服役安全性有較大的負面影響，鋼軌在服役過程中有斷裂的可能性。