[发明专利]一种空冷马氏体和残余奥氏体复相中锰钢轨钢及制备方法

说明书

本发明公开了一种空冷马氏体和残余奥氏体复相中锰钢轨钢及制备方法，属于钢铁材料技术领域，解决了现有技术中钢轨钢综合性能较差、生产工艺复杂或轧后钢轨钢性能不稳定或钢轨钢焊接结构性能不稳定等问题。本发明的钢轨钢化学成分按质量百分比计包括：C 0.05～0.25、Si 0.1～2.0、Mn 3.00～5.00、Cr≤1.00、Ni≤1.00、Mo≤0.50、P≤0.015、S≤0.01，还包括：Nb、Ti、V中的一种或多种，Nb、Ti、V中的一种或多种的总含量按质量百分比计为0.01～0.20，余量为Fe及不可避免的杂质，其微观组织结构包括空冷马氏体和残余奥氏体，残余奥氏体的体积分数为5％～15％。本发明的空冷马氏体和残余奥氏体复相中锰钢轨钢及制备方法可用于钢轨的制备。

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，具体涉及一种用于重载、高速发展方向铁路用的空冷马氏体和残余奥氏体复相中锰钢轨钢及制备方法。

背景技术

铁路运输是我国的主导运输方式，而钢轨是铁路交通的重要承载部件，在长期的负荷运载过程中，不可避免地发生磨损、疲劳等，导致钢轨出现剥离、塌陷甚至断裂等，严重威胁着铁路运输安全和运转效率。国内外钢轨钢的发展经历了普通钢轨钢(铁素体+珠光体钢轨、合金铁素体+珠光体钢轨、碳素珠光体钢轨)，耐磨钢轨钢(合金珠光体钢)，高级耐磨钢轨钢(热处理索氏体钢轨、合金索氏体钢轨、合金变态珠光体钢轨、贝氏体钢轨、奥氏体钢轨)等几个历程。随着国民经济的迅速发展，铁路运输向重载、高速方向发展，重载运输是提高运输能力的重要途径，相应地钢轨的服役条件将变得恶劣，有必要对钢轨材料进行性能提升，以满足铁路运输的发展需要。

中国专利申请CN107675084公开了一种高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法，将钢坯热轧成钢轨，终轧温度为900～1000℃，待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为480～530℃，空冷至室温而得。上述制造方法虽然能够获得较高的强度，但是，热处理过程复杂，且材料的延伸率不高。

中国专利申请CN111041345A公开了一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法，生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却和卷取工序。该钢种虽然能够在石油管线、舰船、大型构件及海洋设施等方面使用，但是对于重载、高速方向发展的铁路运输，还存在一些不足，无法满足使用需求。

中国专利申请CN110592496A公开了一种珠光体钢轨钢及其制备方法，将具有与珠光体钢轨钢组分相同的钢锭依次进行轧制和控冷，得到珠光体钢轨钢，获得纳米级珠光体显微组织的平均片层间距小于60nm。但是，对于钢种的具体性能并没有十分明确，对于重载、高速发展的要求难以实现。

中国专利申请CN105695849B公开了一种利用稀土La元素制造纳米贝氏体钢轨的方法，利用La提高钢的淬透性，轧制过程抑制再结晶、细化晶粒等，获得高强度性能的钢轨。但是，该钢种对后续冷却过程有较高的要求，实际生产过程中对于质量的稳定控制存在一定的要求，尤其是具有复杂截面的大型构件等。

通过总结发现，传统的珠光体钢轨钢，尽管能够通过优化热处理工艺来细化晶粒可缓解因含碳量提高造成的塑性、韧性以及可焊性恶化的情况，但无法从根本上提高珠光体钢轨的综合性能。而目前研究热点的贝氏体钢轨，则存在诸如轧后钢轨性能受冷却时环境影响较大，轧后钢轨不能及时进行热处理影响到产品性能的稳定以及钢轨焊接接头性能不稳定等不足。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种空冷马氏体和残余奥氏体复相中锰钢轨钢及制备方法，解决了现有技术中钢轨钢综合性能较差、生产工艺复杂或轧后钢轨钢性能不稳定或钢轨钢焊接结构性能不稳定等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：