[发明专利]高韧塑性过共析钢轨及其制造方法

说明书

本发明属于钢轨制造技术领域，具体涉及一种高韧塑性过共析钢轨及其制造方法。针对现有技术制备过共析钢轨韧塑性偏低的问题，本发明提供了一种高韧塑性过共析钢轨的制造方法，包括以下步骤：a、将钢坯热轧成钢轨；b、待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为520～550℃；c、停止对轨头两侧下颚喷吹，继续对轨头顶面、轨头两侧面喷吹冷却介质，冷却至轨头表层温度为430～480℃后，空冷至室温。采用本发明制备的过共析钢轨韧塑性高于现有产品，适宜于重载铁路特别是小半径曲线路段。

技术领域

本发明涉及一种钢轨，更具体地讲，涉及一种高韧塑性过共析钢轨及其制造方法。

背景技术

铁路的快速发展对钢轨服役性能提出了更高要求。随着我国高速铁路网的不断完善，既有客货混运干线线路将逐步实施重载化改造，大运量、大轴重、高密度是未来重载铁路的发展方向。钢轨作为铁路的关键部件，其质量的优劣、性能的高低与铁路的运输效率与行车安全息息相关。伴随铁路运输能力的提升，钢轨服役环境愈加苛刻、复杂，各类伤损突出，部分小半径曲线路段钢轨同时出现过快磨耗、剥离掉块等伤损，其使用寿命无法与正线钢轨匹配，制约了铁路运输的进一步发展。

目前，为提高曲线路段钢轨的性能，主要采用珠光体钢轨在线或离线热处理的方法，通过向奥氏体化钢轨的轨头部位喷吹压缩空气或水雾混合气的方式使轨头部位快速冷却，以获得轨头表层至一定深度内细化的片状珠光体组织，依托晶粒细化实现强韧性的同步提高，从而达到耐磨损、抗接触疲劳性能同步改善的目的。从加速冷却过程看，国内外鲜有冷却喷嘴布置模式对钢轨性能影响的研究报道。

专利CN101646795B《耐磨损性和耐疲劳损伤性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其制造方法》中规定了一种内部高硬度型珠光体钢轨的制造方法，其特征在于，将钢材热轧成钢轨形状，使终轧温度为850～950℃，接着，以1.2～5℃/秒的冷却速度，将钢轨头部的表层从珠光体相变开始温度以上的温度快速冷却至400～650℃。该专利仅规定了钢轨热处理不同阶段的冷却起始与终止温度及相应的冷速范围，并未涉及具体的冷却方式。

专利CN105483347A公布了《一种珠光体钢轨硬化的热处理工艺》，其特征是：将钢轨加热到880～920℃，保温10～15min，根据钢种不同，以特定的冷速范围冷到特定的温度区间保温30s，再空冷，具体为：材质为U75V的珠光体钢轨硬化工艺制度为：880～920℃保温10～15min，以8～15℃/s冷速冷却到570～600℃，再以0.2～0.5℃/s的冷速空冷到20～25℃；材质为U76CrRE的珠光体钢轨硬化工艺制度为：850～900℃保温10～15分钟，以6～10℃/s冷速冷却到590～610℃，再以0.2～0.5℃/s的冷速空冷到20～25℃。该专利公布的牌号为U75V、U76CrRE两种材质的热处理工艺同样未涉及具体的冷却模式。

专利CN103898303A公布了《一种道岔轨的热处理方法和道岔轨》，其特征是：将待处理的轨头顶面温度为650～900℃的道岔轨进行加速冷却以得到全珠光体组织的道岔轨，其中，道岔轨的轨头工作侧的加速冷却速度高于道岔轨的轨头非工作侧的加速冷却速度，其冷却速度差为0.1～1.0℃/s。该专利中提出了轨头两侧面冷却速度不同对钢轨特别是非对称断面钢轨性能提高和平直度控制带来的益处，但未明确不同阶段喷嘴的布置模式与冷却速度对钢轨热处理后性能的影响。

现有技术中针对钢轨热处理主要集中在不同温度范围内的不同冷却速度控制来实现热处理工序的控制，并未涉及不同喷嘴布置模式及喷吹方式的精细化控制，因而无法获得高韧塑性过共析钢轨。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有技术多采用不同温度范围内不同冷却速度的方式来对钢轨进行热处理，得到的珠光体钢轨性能不佳的问题。

本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种高韧塑性过共析钢轨的制造方法。该方法包括以下步骤：

a、钢轨轧制