[发明专利]用于制造钢轨的方法和相应的钢轨

说明书

用于制造钢轨的方法，包括：‑铸造钢以获得半成品，所述钢的组成包含0.20％≤C≤0.60％、1.0％≤Si≤2.0％、0.60％≤Mn≤1.60％和0.5≤Cr≤2.2％，任选地0.01％≤Mo≤0.3％、0.01％≤V≤0.30％，剩余部分为铁和杂质；‑将所述半成品热轧成具有所述钢轨的形状并且包括头部的热轧半成品，其中最终轧制温度T_FRT高于Ar3；‑将所述头部冷却到200℃至520℃的冷却停止温度T_CS，所述头部的随时间的温度在上边界与下边界之间，所述上边界具有由A1(0秒，780℃)、B1(50秒，600℃)和C1(110秒，520℃)限定的坐标，以及所述下边界具有由A2(0秒，675℃)、B2(50秒，510℃)和C2(110秒，300℃)限定的坐标；‑将所述头部保持在300℃至520℃的温度范围内持续至少12分钟的保温时间t_保温；以及‑将所述热轧半成品冷却至室温以获得所述钢轨。

本发明涉及用于制造具有优异的机械特性以及耐磨性和抗滚压接触疲劳性的钢轨的方法，以及相应的钢轨。

近年来，火车速度和负荷已经提高以改善铁路运输并且接触应力可能超过2000MPa。这些更严峻的服务条件需要新的具有更高的耐磨性和抗滚压接触疲劳性的钢轨，尤其是对于重工业铁路运输。

磨损和滚压接触疲劳(Rolling Contact Fatigue，RCF)是可能引起铁路轨道中延迟故障的两个重要因素。虽然已经对磨损机理进行了充分的研究并得到了很好的理解，并且如今在铁路系统中已对磨损进行管理，但是对RCF的理解仍然不足以提供有效的方案来防止RCF缺陷的形成，这可能引起钢轨的逐渐劣化和过早的维护。

开发新的钢轨钢以解决磨损和RCF的传统方法是增加钢硬度和强度。在用于轨道的常规珠光体等级的情况下，在过去40年中，通过减小层间间距，通过添加昂贵的合金元素或通过头部硬化实现了这样的增加。然而，这样的耐磨性的增加通常伴随着韧性的降低。前述挑战表明，尽管进行了所有研究来开发具有增强的机械特性的新显微组织，但珠光体钢种在磨损和滚压接触疲劳性能方面已经达到了其极限，这意味着现有的轨道等级无法应对最苛刻的服务条件。

包含例如下贝氏体显微组织的贝氏体钢由于硬度、强度和韧性的良好组合而被认为是下一代高级高强度钢以及用于重载钢轨和铁路交叉点的候选材料。

包含下贝氏体显微组织的贝氏体钢提供良好的耐磨性但是不能实现足够的RCF抗性。

特别地，WO1996022396A1公开了一种用于制造高强度耐磨损且抗滚压接触疲劳的钢轨的方法。该钢轨由具有包含以下的组成的钢制成：0.05％至0.5％的C、1.00％至3.00％的Si和/或Al、0.50％至2.50％的Mn和0.25％至2.50％的Cr。该钢轨通过从最终热轧温度对钢进行空冷来制造。

EP 1 873 262公开了一种用于由包含0.3％至0.4％的C、0.7％至0.9％的Si、0.6％至0.8％的Mn和2.2％至3.0％的Cr的钢制造高强度导轨的方法。该制造方法包括在形成贝氏体组织之后对钢进行空冷。然而，EP 1 873 262没有教导任何具体的冷却速率。

EP 0 612 852、US2015218759和US201514702188公开了通过加速冷却来制造贝氏体钢轨的方法。然而，这些钢轨未表现出足够的抗滚压接触疲劳性。

因此，仍然期望制造钢轨。

本发明的目的是提供制造具有优异的抗滚压接触疲劳性和耐磨性的高性能钢轨的方法。

特别地，期望制造这样的钢轨：其中钢轨头部具有至少1300MPa的抗拉强度、至少1000MPa的屈服强度、至少13％的总延伸率和至少420HB优选地至少430HB的硬度以及优异的抗滚压接触疲劳性和耐磨性。

为此目的，本发明涉及用于制造包括头部的钢轨的方法，所述方法包括以下顺序步骤：