[发明专利]一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨及其制造方法

说明书

本发明属于铁路用钢技术领域，具体涉及一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨及其制造方法。一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨，其显微组织的含量，按体积百分比，包含：30～55％的贝氏体，40～65％的马氏体，3～10％的残余奥氏体，0.5～2％的碳氮化物。本发明一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨，解决了重载铁路、特别是小半径曲线钢轨面临的侧磨严重的问题。本发明还提出了获得该贝氏体复相组织钢轨的制造方法。

技术领域

本发明属于铁路用钢技术领域，具体涉及一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨及其制造方法。

背景技术

重载铁路是提升铁路货运能力的最有效的途径，也是我国铁路发展的重要方向。为了进一步提高运载效率，降低运载成本，重载列车的轴重、行车速度和频率不断增加，在这种情况下，重载钢轨的磨损问题日益突出，特别是重载铁路的小半径曲线段，钢轨由于受到额外的导向力和冲角作用，会发生异常严重的侧磨，限制了钢轨的使用寿命，影响行车安全。因此，发展新一代高耐磨重载钢轨势在必行。

目前，国内外广泛应用的钢轨材料大多数是珠光体钢轨，一般认为，钢轨的硬度级别越高，其耐磨性能越好；因此珠光体钢轨通过增加碳含量和在线热处理工艺等，硬度级别已经由最初的220HB逐渐提高到350-400HB。但对于珠光体钢轨，硬度达到400HB已经接近其强度极限。另外，随着珠光体钢轨材料强度级别的提高，接触疲劳损伤越来越严重，成为高强度级别珠光体钢轨的主要失效形式。接触疲劳损伤主要是由于亚表层的微裂纹引起的，而这种亚表层微裂纹的形成和在行车过程中钢轨表面形成的白亮层有关，这是珠光体钢轨不可避免的，随着碳含量的增加，这种趋势也会增加。

鉴于珠光体钢轨已经发展到极限，以及难以控制的接触疲劳损伤，目前各国都在努力研制新的钢种，研究表明贝氏体钢轨在较低的碳含量条件下即可获得高碳珠光体钢轨的硬度，并具有显著优越的抗接触疲劳性能，因此，贝氏体钢轨成为最受关注的研究热点。但是贝氏体钢轨的耐磨性一直存在争议，有研究表明，贝氏体钢轨的耐磨性不如珠光体钢轨(Wear 105(1985)199-222)；但也有研究表明，贝氏体钢轨的耐磨性优于珠光体钢轨(Wear 203-204(1997)196-205)。

由于贝氏体相变具有不完全性特征，因此在贝氏体钢轨中很难获得单一的贝氏体组织，上述耐磨性不一致的现象可能与贝氏体钢轨复相组织的比例、类型有关，但目前仍缺少资料提供合理的复相组织类型和比例，以适应重载铁路、特别是小半径曲线钢轨的服役环境。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨，以解决重载铁路、特别是小半径曲线钢轨面临的侧磨严重的问题。

第二个目的在于提供获得这种贝氏体复相组织钢轨的制造方法。

为了达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种重载铁路用高耐磨贝氏体复相组织钢轨，其显微组织的含量，按体积百分比，包含：30～55％的贝氏体，40～65％的马氏体，3～10％的残余奥氏体，0.5～2％的碳氮化物。

优选地，上述重载曲线用贝氏体复相组织钢轨中，其轨头踏面以下5mm的显微组织含量，按照体积百分比，包含：30～50％的贝氏体，45～65％的马氏体，3～8％的残余奥氏体，1～2％的碳氮化物。

优选地，上述重载曲线用贝氏体复相组织钢轨中，其轨头踏面以下15mm的显微组织含量，按照体积百分比，包含：40～55％的贝氏体，40～55％的马氏体，4～10％的残余奥氏体，0.5～1％的碳氮化物。

优选地，上述重载曲线用贝氏体复相组织钢轨中，马氏体是“贫碳”的马氏体；碳氮化物包含但不限于细小的渗碳体、过渡性碳化物、V的碳氮化物、Nb的碳氮化物。