[发明专利]一种余热淬火-自配分制备1380MPa级别贝氏体钢轨的方法

说明书

本发明涉一种余热淬火‑自配分制备1380MPa级别贝氏体钢轨的方法，以低碳Mn‑Si‑Cr为主要合金元素，添加Ni、Mo、N、V、Nb等元素，其余为Fe，将经冶炼、铸造、轧制后的余热钢轨，进行余热淬火，使钢轨踏面以0.2～20℃/秒的冷速加速冷却至一定温度之后，使钢轨踏面自返温至马氏体转变开始温度之下的温度进行配分，之后再将钢轨冷却至室温，经回火后获得1380MPa级别贝氏体钢轨。本发明所得贝氏体钢轨的抗拉强度为1380～1480MPa，屈服强度为980～1300MPa，延伸率大于12％，冲击韧性大于100J，耐磨性显著改善。

技术领域

本发明涉及铁路用钢技术领域，具体涉及一种余热淬火-自配分制备1380MPa级别贝氏体钢轨的方法。

背景技术

目前我国大宗、长途货物的运输主要依靠货运铁路承担，铁路的货运能力直接影响着我国国民经济的发展。重载铁路是提升货运能力的最有效的途径，也是我国铁路发展的重要方向。重载铁路具有轴重大、运量大、发车密度高等特点，对钢轨材料的强韧性、耐磨性和抗疲劳性能提出了更苛刻的要求，我国现有钢轨性能已无法完全满足，成为制约我国重载铁路发展的瓶颈环节，研发新一代重载钢轨势在必行。

与普通珠光体钢轨相比，贝氏体钢轨具有更高的强韧性、更优的抗接触疲劳性能和焊接性。在此背景下，很多科技工作者开始关注贝氏体钢轨的研制与生产。例如，北京特冶工贸有限责任公司提出了“曲线和重载钢轨用贝氏体钢和贝氏体钢轨及其生产方法”(公开号为CN 101921971A)，但由于采用风冷以冷速为10～20℃/分钟冷却，获得钢轨的强度低，仅为1200～1300MPa，不能满足日益发展的重载铁路建设。鞍钢股份有限公司提出了“具有优异的抗疲劳性能的贝氏体组织的钢轨及其生产方法”(公开号为CN 1978690A)，但是采用“热轧后在空气中自然冷却”，必然会引起季节变化对冷速的影响，造成性能和组织不均匀。钢铁研究总院提出了“一种合金体系及其贝氏体钢轨的热处理方法”(公开号为CN105385938 A)，但是由于需要将钢轨再进行重新奥氏体化和正火处理，没有采用余热热处理，不利于节能减排。攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司提出了“一种高强度贝氏体钢轨及其生产方法”(公开号为CN 104087852 A)；虽然采用余热热处理工艺，但是没有自配分和回火步骤，马氏体比较脆，不利于钢轨的服役性能改善。

贝氏体/马氏体/残余奥氏体/碳化物复相组织是高强度级别(大于1380MPa)贝氏体钢轨的理想组织，必要的马氏体组织和碳化物有助于提高贝氏体钢轨的强度和耐磨性；利用碳配分促进马氏体中碳向奥氏体中扩散，有助于提高马氏体的韧性，增加复相组织的稳定性。例如，北京交通大学提出了“一种无碳化物贝/马复相钢的BQP热处理工艺”(公开号为CN 106893832A)，引进配分工艺提高了复相钢的综合力学性能；但是该专利中配分阶段需要重新加热，一方面不利于节能减排；另一方面，对于百米定尺钢轨，再重新加热很难实现。因此发明一种适用于百米定尺贝氏体钢轨工业化生产的方法十分必要。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种余热淬火-自配分制备1380MPa级别贝氏体钢轨的方法，一方面解决目前重载铁路用钢轨强韧性差、耐磨性、抗疲劳性能不足的问题，延长重载钢轨的使用寿命；另一方面，适用于百米定尺重载钢轨的工业化生产，有利于节能减排。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种余热淬火-自配分制备1380MPa级别贝氏体钢轨的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将包含C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、N、V、Nb、Fe的贝氏体钢经冶炼、铸造制备成方坯，缓冷至室温；

2)将方坯再次加热，经轧制，得到余热钢轨；

3)将余热钢轨淬火，使钢轨踏面加速冷却至一定温度之后，使钢轨踏面自返温至马氏体转变开始温度之下的温度进行配分，之后再将钢轨冷却至室温；

4)将钢轨回火，得到1380MPa级别贝氏体钢轨。