[发明专利]一种贝马复相钢轨及其热处理方法

说明书

本发明公开了一种贝马复相钢轨及其热处理方法，提供的贝马复相钢轨的合金体系为C‑Si‑Mn‑Cr‑Ni‑Mo系，其化学成分范围为：C：0.15％～0.30％、Si：0.70％～1.20％、Mn：1.80％～2.50％、Cr：0.60～1.20％、Ni≤0.70％、Mo：0.15％～0.60％、Nb≤0.06％、V≤0.15％、Al≤0.004％、RE≤30PPm、P≤0.025％、S≤0.015％、N≤0.0080％、O≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。提供的热处理方法通过准确控制贝马复相钢轨在冷却过程中的相变及形变，使得钢轨具有高的强韧性匹配、同时平直度较好，不易矫直开裂，经最终低温回火后，同时使得钢轨轨底残余拉应力不大于250MPa，提高钢轨的使用安全性。

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种贝马复相钢轨及其热处理方法，尤其涉及一种重载铁路用贝马复相钢轨及其热处理方法，更具体地讲，涉及一种轨头显微组织为下贝氏体+低碳马氏体+残余奥氏体的高性能钢轨及其热处理方法。

背景技术

随着铁路轴重和通过总重的不断提高，对钢轨的综合性能提出了更高的要求。钢轨和列车承受的应力增加，运行条件恶化，现有珠光体型钢轨由于磨损、疲劳等导致的剥离、隐伤甚至断裂等伤损频率大幅增加，铁路维护费用显著上升。现有的研究和试铺表明，贝氏体钢轨以及贝马复相钢轨具有高强韧性匹配特点，因而具有巨大的开发潜力。各国学者在贝氏体钢轨的研制、应用方面开展了大量研究工作。目前，国内贝氏体钢轨按照其显微组织可分为贝氏体和贝马复相两类，按照生产工艺分为热轧、热轧+低温回火工艺以及热轧+在线快冷+低温回火工艺。

文献CN102534403采用在线热处理,钢轨轧制成形以后，当钢轨轨头温度冷至700～890℃温度范围时，以0.4～8℃/s的冷速对轨头实施加速冷却，冷至200℃时停止加速冷却，然后空冷至室温，获得的贝氏体钢轨硬度为340～370HB，室温冲击为81～87J。

文献CN102021481A以低成本不含Mo为出发点进行成分设计，钢轨以1100～900℃终轧结束后，以0.5～10℃/s的冷速冷至200～350℃，随后空冷至室温，抗拉强度1285MPa，室温冲击为42～52J。

文献CN105385938A采用正火+淬火+贝氏体区等温相变+回火调质处理的热处理工艺，最终获得完全下贝氏体显微组织，综合性能良好，但经历四次热处理工序，特别是贝氏体区等温相变工艺控制复杂不利于工业推广。

经本发明人研究，发现上述文献均未考虑实际生产过程中百米钢轨在冷却过程的相变形变控制问题，按照上述方法，钢轨在线热处理后变形严重，不易矫直，容易出现矫直开裂、钢轨内部残余应力大，直接影响钢轨的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明的一个方面提供一种贝马复相钢轨，所述贝马复相钢轨的合金体系为C-Si-Mn-Cr-Ni-Mo系，其化学成分范围为：C：0.15％～0.30％、Si：0.70％～1.20％、Mn：1.80％～2.50％、Cr：0.60～1.20％、Ni≤0.70％、Mo：0.15％～0.60％、Nb≤0.06％、V≤0.15％、Al≤0.004％、RE≤30PPm、P≤0.025％、S≤0.015％、N≤0.0080％、O≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述贝马复相钢轨的金相组织为贝氏体+马氏体+残余奥氏体组织，所述贝马复相钢轨的抗拉强度≥1420MPa、延伸率≥15％、面缩≥55％、常温冲击≥110J，踏面硬度为HBW420～440，钢轨轨底的残余应力值在250MPa以下，钢轨轨头横断面硬度分布均匀为HRC 43～47。

本发明另一方面提供一种贝马复相钢轨的热处理方法，包括以下步骤：

1)在线热处理：将终轧后的钢轨输送至热处理线，钢轨轨头表层温度降至750～800℃进入在线热处理线，对所述钢轨进行在线控冷；