[发明专利]一种贝氏体钢轨用钢及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种贝氏体钢轨用钢及制造方法，属于冶金技术领域。 

背景技术

随着铁路运输的高速重载化，珠光体钢轨耐滚动接触疲劳(即剥离掉块)性能较差的特点显现出来，于是开发了既耐磨又耐滚动接触疲劳的贝氏体钢轨。

贝氏体钢轨合金成本较高，许多专利表明需要在线热处理或轧后回火处理才能达到钢轨的使用性能要求，但钢轨回火的生产技术在现有生产线上不宜实现且影响生产效率而限制了贝氏体钢轨的大量采用及发展。

公开号为CNIO2899471A的专利申请介绍了贝氏体钢轨的热处理方法，需要在钢轨轨头表层温度降至460℃-490℃时；将钢轨以2.0℃/s-4.0℃/s的冷却速度强制冷却，以使钢轨轨头表层温度降至250℃-290℃；使钢轨温度自然回升直至钢轨轨头表层温度达到300℃以上；将钢轨置于炉膛温度为300℃-350℃的加热炉内回火处理2-6h；将钢轨空冷至室温。

公开号为CN101921971A的专利申请介绍了曲线和重载钢轨用贝氏体钢和贝氏体钢轨及其生产方法，其成分设计中加入了价格较贵的Ni，含量在0-0.7%。

公开号为CNIO161383OA的专利申请介绍了一种热轧贝氏体钢轨及生产工艺，其成分设计中加入了0.005-0.06%Ti，但钢中Ti/N控制不当，容易生成大颗粒TiN夹杂降低冲击韧性、滚动接触疲劳性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种贝氏体钢轨用钢及制造方法，以降低生产成本，提高贝氏体钢轨用钢的轧态力学性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明的贝氏体钢轨用钢，其化学成分重量百分比为:C:0.2%-0.35%，Si:0.3%-0.65 %，Mn:1.5 %-2.5%，Cr：1.3% -2.0%，Mo：0.1%-0.5%，A1:0.05%-1.0%， Nb:0.02-0.1%，V:0.05-0.2%,S:≤0.015%、P:≤0.020%，其余为铁元素及不可避免的杂质。

进一步来说，本发明以微合金代替价格比较贵的镍，来达到提高钢的强度与韧性目的，以工业生产能够实现的空冷代替复杂的在线热处理工艺，降低生产成本。

本发明另一方面提供了所述贝氏体钢轨用钢的制备方法，包含以下步骤:

1)电炉冶炼，其冶炼工艺为：出钢温度和浇注温度与常规低、中碳中合金钢的相同，浇注成的钢锭在锭模中缓冷至室温出模；

2)轧制工艺：钢锭的加热速度≤200℃/h，加热温度为1150-1250℃，初始成型温度为1150℃-1250℃，终成型温度900℃-980℃；在轧制过程中， 成分中的Nb细化了原始奥氏体晶粒；

3)轧后空冷至室温；在冷却过程中由于有细微V、C、N 的析出进一步提高了材料的强度。

有益效果

本发明制造的是一种贝氏体钢轨用钢，应用了细晶强化、析出强化等方法，结合化学成分控制，提高了贝氏体钢轨用钢的强度和塑性，其抗拉强度1250 MPa以上，屈服强度850MPa以上，延伸率14%以上，室温冲击韧性A_KU240J以上,硬度HB370以上。本发明充分考虑了微量元素的作用，不添加昂贵的Ni，降低了生产成本，利用工业化能够容易实现的空冷，简化了材料的制造工艺。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

钢的特征成分如下，质量百分比：C：0.20%、Si：0.30 %、Mn：2.45 %、Cr:1.96%、Mo:0.15%、Al: 0.054%、Nb：0.023%、V：0.11%、S: 0.012%、P：0.016%，其余为铁元素与不可避免的杂质。

真空冶炼、铸造；钢锭加热温度为1230℃，终轧厚度为21mm，初始成型温度为1200，终成型温度930℃。空冷至室温。其力学性能检测值见表1:

表1力学性能检测值

实施例2：

钢的特征成分如下，质量百分比：C：0.24%、Si：0.45 %、Mn：2.0 %、Cr:1.61%、Mo:0.27 %、Al: 0.066%、Nb：0.045%、V：0.15%、S: 0.014%、P：0.016%，其余为铁元素与不可避免的杂质。

真空冶炼、铸造；钢锭加热温度为1250℃，终轧为厚度21mm，初始成型温度为1230℃，终成型温度940℃；空冷至室温。其力学性能检测值见表2: