[发明专利]一种新型低成本高性价比贝氏体钢轨及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种贝氏体组织的钢轨及热处理方法。

背景技术

从上世纪70年代至今，贝氏体钢轨的开发已经有近50年的历史。贝氏体钢轨由于其优异的应用性能而被誉为二十一世纪的钢轨。截至目前，贝氏体钢轨的应用还是很有限的，这主要受制于贝氏体钢轨的性价比较低、生产技术还无法满足大规模工业化生产的要求。

目前公开的贝氏体钢轨化学成分范围过宽，给钢轨产品质量控制带来困难。研究表明：在钢轨热轧后连续空冷的条件下，贝氏体组织一般由奥氏体高、中、低温转变产物构成，当钢的化学成分范围过于宽泛时，上述高、中、低温组织构成比例及尺度将发生更大变化，因此会引起产品性能发生较大的波动，不利于产品质量的稳定，更不利于焊接质量的控制。

现行钢轨生产技术一般为经热轧或热轧后经在线热处理的钢轨即可以应用在各类铁路线路上，这种生产流程效率高，适合大规模、大批量生产的要求。但贝氏体钢轨生产工艺比较复杂，热轧或热处理后必须经低温回火处理后才能应用，目前回火只能采用离线处理且批量回火时间在4小时以上，不适合大规模生产的需要，不仅增加了工序成本还额外增加了运输等成本。

发明《改进的无碳化物贝氏体钢及其生产方法》(申请号96192013.0)公开的贝氏体钢的化学成分包括C0.05-0.50％，Si和/或Al 1.00-3.00％，Mn0.50-2.50％，Cr0.25-2.50％，Ni0-3.00％，S0-0.025％，W0-1.00％，Mo0-1.00％，Cu0-3％，Ti0-0.10％，V0-0.50％，和B0-0.005％，Fe余和伴随的杂质。没有提出具体的工艺参数。

发明《具有高抗表面疲劳损伤性和高耐磨性的贝氏体钢钢轨》(申请号99800029.9)公开了贝氏体钢轨的化学成分为碳0.15％-0.45％，硅0.1％-2.00％，锰0.20％-3.00％，铬0.20％-3.00％，再加上一种或多种从下列元素组中选择的元素：钼0.01％-1.00％，铜0.05％-0.50％，镍0.05％-4.00％，钛0.01％-0.05％，钒0.01％-0.30％，铌0.005％-0.05％，硼0.0001％-0.0050％，镁0.0010％-0.0100％，钙0.0010％-0.015％。该发明也没有提出具体的工艺参数。

发明《铁道辙叉专用超高韧可焊接空冷鸿康贝氏体钢》(申请号98124899.3)公开的贝氏体钢轨的化学成分(Wt％)为C0.10-0.6，Si≤2.65，Mn0.50-3.20，Cr0.20-2.80，Ni≤3.50，Mo≤2.00，余下是Fe，并且在其基础成分上加入一种或二种以上的下列元素(Wt％)：Nb≤0.20、V≤0.20，Ti≤0.20，Re≤0.10，B≤0.008。”生产工艺为850℃～1000℃奥氏体化后空冷，≤650回火成材。该专利热轧空冷后需回火处理。生产工艺复杂，难以保证钢轨质量稳定性。

并且上述三个发明申请中化学成分范围宽泛，贝氏体钢轨化学成分范围过宽，给钢轨产品质量控制带来很大困难。在钢轨热轧后连续空冷的条件下，贝氏体组织一般由奥氏体高、中、低温转变产物构成，当钢的化学成分范围过于宽泛时，上述高、中、低温组织构成比例及尺度将发生更大变化，因此会引起产品性能发生较大的波动，不利于产品质量的稳定，更不利于焊接质量的控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种新型低成本高性价比贝氏体钢轨及其生产方法，设计成分范围之内的贝氏体钢轨经在线热处理后强韧性均优于热轧贝氏体钢轨，不经后续回火处理，就可以在铁路上应用。

本发明的目的是这样实现的：

将钢的化学成分范围限制在合理的范围之内：加入合金元素实现全断面贝氏体组织的目的，但是合金总量不宜过高，过高则增加成本且增加钢中析出过多的马氏体的倾向和元素偏析的倾向，钢韧塑性恶化或性能波动严重，合金总量过低则无法得到全断面均为贝氏体组织的贝氏体钢轨。因此本发明提出的合金元素范围更精确。设计成分范围之内的贝氏体钢轨经在线热处理后强韧性均优于热轧贝氏体钢轨，不经后续回火处理，就可以在铁路上应用。