[发明专利]一种过共析钢轨的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过共析钢轨的热处理方法，具体地，涉及一种能够减少二次渗碳体析出的高碳过共析钢轨的热处理方法。

背景技术

目前，铁路广泛使用的钢轨大多为共析珠光体钢，具有强韧性匹配良好，性能指标适中等特点。然而，随着货运铁路行车密度和轴重的不断提高，对铁路钢轨的服役性能提出了更高要求。其中，轮轨接触部位过快磨耗已逐步成为影响重载铁路特别是小半径曲线部位钢轨使用寿命的主要因素。为此，本领域研发人员始终致力于开发具有更好耐磨损性能，同时兼顾良好接触疲劳等综合性能指标的钢轨新产品，以满足铁路建设需要。

研究发现，同时能够满足上述要求的有两种方法：一是进一步提高钢轨钢的碳含量，并辅以适量合金元素，充分发挥碳对提高钢轨耐磨损性能的作用，并通过轧后冷却工艺使钢轨获得更优良耐磨损性和抗接触疲劳性能；二是利用高合金含量的贝氏体钢轨，同样通过控制轧后冷却工艺，得到具有良好磨损性能的贝氏体钢轨，在充分发挥其抗接触疲劳性能的同时提高其耐磨损性能。实践证明，贝氏体钢因其昂贵的合金化成本和复杂的生产工艺，产品性能不够稳定，尚不具备大批量推广应用的条件，而采用高碳含过共析钢轨，通过提高钢轨中碳的含量，尽管能够显著提高钢轨的耐磨损性能，但由于碳含量较高，轧后奥氏体连续冷却形成珠光体的过程中，在奥氏体晶界处将优先析出二次渗碳体，并呈网状沿原奥氏体晶界分布。作为钢中的硬质相与强化相，其对强硬度及耐磨损性能的提高不言而喻，但其有害作用也不可忽视：在车轮负责应力作用下，微裂纹易于在渗碳体处形成并沿着连续网状不断扩展，最终导致接触部位形成剥离掉块、斜裂纹等疲劳伤损，甚至诱发断轨，给铁路的运输安全带来极大隐患。

高碳过共析钢轨热处理方法中减少二次渗碳体析出是生产具有优异耐磨损性能和抗疲劳性能的钢轨的关键。因此，本领域急需开发一种能够减少二次渗碳体析出的高碳过共析钢轨热处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种过共析钢轨的热处理方法，该方法能够保证终轧后的钢轨充分细化钢轨钢中珠光体组织，并且能够有效减少二次渗碳体析出。

为了实现上述目的，本发明提供一种过共析钢轨的热处理方法，其中，该方法包括：将终轧后温度高于900℃的钢轨进行保温处理，使保温处理后的钢轨在第一冷却速度下进行第一阶段冷却以将钢轨的轨头表层温度降至700-750℃，接着使钢轨在第二冷却速度下进行第二阶段冷却以将钢轨的轨头表层温度降至550℃，再使钢轨在第三冷却速度下进行第三阶段冷却以将钢轨的轨头表层温度降至450℃以下，然后使钢轨在空气中继续冷却。

根据本发明提供的热处理方法，能够充分细化钢中珠光体组织，从而获得更高的强硬度指标及良好强韧性匹配，同时能够有效减少钢中二次渗碳体的析出，使二次渗碳体平均长度不超过10μm，二次渗碳体比例不超过1%，沿晶界均匀分布，不形成闭合网状，使钢轨能够同时具有优异的耐磨损性能和抗接触疲劳性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种过共析钢轨的热处理方法，其中，该方法包括：将终轧后温度高于900℃的钢轨进行保温处理，使保温处理后的钢轨在第一冷却速度下进行冷却以将钢轨的轨头表层温度降至700-750℃，接着使钢轨在第二冷却速度下进行冷却以将钢轨的轨头表层温度降至550℃，再使钢轨在第三冷却速度下进行冷却以将钢轨的轨头表层温度降至450℃以下，然后使钢轨在空气中继续冷却。

本发明的发明人在研究中发现，通过对高温钢轨保温后并在不同阶段采用不同冷却速度对钢轨施加冷却介质进行冷却，能够保证充分细化钢轨中珠光体组织，并能够有效减少二次渗碳体的析出。对保温处理后的钢轨施加第一冷却速度的冷却介质进行第一阶段冷却使钢轨表层温度降至700-750℃；接着施加第二冷却速度的冷却介质进行第二阶段冷却使钢轨表层温度降至550℃，此时由于过共析钢中碳及其它合金元素含量较高，继续采用第一冷却速度下由于轨头表层冷却过快，容易产生异常组织，导致钢轨报废；再施加第三冷却速度的冷却介质进行第三阶段冷却使钢轨表层温度降至450℃以下，当温度降至550℃后，钢轨表层的珠光体转变已经完成，为了保证轨头心部同样获得较高的性能，必须维持一定的冷却速度至钢轨全断面珠光体相变全部完成。