[发明专利]一种珠光体钢轨钢化学成分的设计方法

说明书

本发明公开了一种珠光体钢轨钢化学成分的设计方法，提供的方法结合利用JMatPro软件的强化模型和金属变形软件DEFORM‑3D的断裂模型建立JMatPro软件中化学成分与屈服强度的关系，DEFORM‑3D软件中化学成分与抗拉强度的关系，可以解决JMatPro软件未考虑高碳钢轨钢珠光体组织片层间距对强度的贡献权重以及JMatPro软件计算珠光体钢轨钢抗拉强度误差大的问题，可以在设计具有预期抗拉强度的珠光体钢轨钢的化学成分时极大降低研发成本。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种珠光体钢轨钢化学成分的设计方法，尤其涉及一种为满足一定抗拉强度的珠光体钢轨钢的化学成分的设计方法。

背景技术

钢轨钢一般为高碳钢，其中碳含量在0.6～0.8％之间，因此钢轨的微观组织为珠光体组织，且我国钢轨的强化均通过热处理+微合金强化的方式实现。钢轨的强度和硬度是通过欠速淬火后获得细片状的珠光体组织来保证的。在新钢种开发中，需要建立化学成分与力学性能的对应关系，尤其是材料的抗拉强度与化学成分的对应关系，JMatPro软件是金属材料相图计算和材料力学性能模拟软件，该软件在钢轨钢新钢种开发中进行成分设计预测时，计算获得的力学性能与实际检测的力学性能存在较大误差，特别是材料的抗拉强度。JMatPro软件计算模型中未考虑珠光体组织片层细化对强度的贡献权重，故计算预测存在较大误差，提高了高碳珠光体钢轨的研发成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明提供一种珠光体钢轨钢化学成分的设计方法，其包括以步骤：

1)根据JMatPro软件，按照默认参数设置，首先获得具有候选化学成分的钢轨钢热轧态下的力学性能，包括钢轨钢热轧态下的屈服强度RP1；

2)根据屈服强度RP1在JMatPro软件中导出该屈服强度RP1下的材料数据库A；

3)实际检测具有候选化学成分的钢轨钢热轧态下的抗拉强度RM2和热处理后的抗拉强度RM3和屈服强度RP3；

4)基于步骤1)获得的屈服强度RP1、步骤2)导出的材料数据库A和步骤3)检测获得的抗拉强度RM2，在DEFORM-3D软件中建立金属实验拉伸模型，所述模型选用NormalizedCockcroftLatham断裂模型，确定具有所述候选化学成分的材料的断裂强度因子C；

5)计算目标钢轨钢热处理后的抗拉强度RM4与实际检测的具有候选化学成分的钢轨钢热处理后的抗拉强度RM3之间的差值d1＝RM4-RM3；

6)根据屈服强度(RP1+d1)在JMatPro软件中导出该屈服强度(RP1+d1)下的材料数据库B；

7)利用步骤4)在DEFORM-3D软件中建立的金属实验拉伸模型，基于步骤5)所述目标钢轨钢热处理后的抗拉强度RM4、步骤4)获得的断裂强度因子C和步骤6)获得的材料数据库B确定目标钢轨钢热处理后的抗拉强度RM4所对应的目标钢轨钢热处理后的屈服强度RP4；

8)计算步骤7)获得的所述目标钢轨钢热处理后的屈服强度RP4与步骤3)实际检测获得的具有候选化学成分的钢轨钢热处理后的屈服强度RP3之间的差值d2＝RP4-RP3；

9)根据步骤1)所述JMatPro软件，按照默认参数设置，以屈服强度(RP1+d2)为目标优化所述候选化学成分，获得目标珠光体钢轨钢的化学成分，该目标珠光体钢轨钢热处理后预测具有抗拉强度RM4和屈服强度RP4。