[发明专利]一种高强韧性钢轨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧性钢轨的制备方法，该方法包括：制备钢轨铸坯；将钢轨铸坯加热至1230～1280℃，均热时间为2～4h；将加热之后的钢轨铸坯轧制成钢轨，开轧温度为1120～1180℃，终轧温度为900～950℃，终轧变形量为10％～15％；将轧制之后的钢轨利用余热进行在线热处理，余热钢轨静置空气中冷却，当钢轨轨顶面中心温度≤800℃时，对钢轨轨头喷吹冷却介质，使钢轨轨头加速冷却至400～500℃，之后使钢轨在空气中继续冷却至室温。本发明还公开了一种通过上述方法制得的高强韧性钢轨。本发明通过钢轨成分优化和控轧控冷工艺，实现了钢轨珠光体片层细化，从而提升了钢轨韧塑性。

技术领域

本发明属于钢轨制造技术领域，确切地讲，具体涉及一种高强韧性钢轨及其制备方法。

背景技术

随着我国重载线路运输的快速发展，列车轴重正由目前普遍的27t向30t逐步升级，同时对钢轨的强硬度提出更严苛的要求。因此，为了满足铁路对钢轨耐磨耗性能的需求，钢轨强硬度不断提高，例如大秦重载线路由最初1180MPa级的U75V钢轨逐步过渡为1280MPa级U78CrV钢轨，部分线路正在试铺1330MPa级的U95Cr过共析钢轨。然而，提高钢轨强硬度往往伴随着钢轨韧塑性的下降，会给列车的行车安全带来重大隐患。

提高钢轨强硬度的方法主要有合金强化珠光体组织、减少珠光体片层间距、控制铁素体和渗碳体比例等。在保证钢轨强硬度的前提下可通过调整钢轨成分、控制、细化钢轨组织等方法来提升钢轨韧塑性，减少由钢轨高强硬度带来的韧塑性下降。粗大的珠光体片层间距和球团均会降低钢轨断裂韧性。对于特定钢轨成分，在热处理过程中，钢轨珠光体片层间距主要受相变温度影响，与过冷度成反比。此外，相变温度对珠光体球团尺寸的影响与片层间距类似，即相变温度越低，球团尺寸越小。因此要实现重载钢轨强硬度匹配，需要采用钢轨成分和组织优化结合的方法来实现。

中国专利CN112239831A公开了一种高韧高寒铁路钢轨及其生产方法，该钢轨设计成分按质量百分比含量计，C：0.40～0.65％，Si：0.10～0.60％，Mn：0.50～1.10％，Cr：0.1～0.3％，P≤0.020％，S≤0.020％，V：0.004～0.006％，余量为铁和不可避免的杂质；该发明通过LF加热过程使用发泡剂，采用全程保护浇注，提高了钢轨承受冲击载荷和抵抗低温冲击裂纹扩展能力。然而，此成分钢轨碳含量偏低，强硬度不足以满足现有重载线路大轴重的发展需求。

中国专利CN112501418A公开了一种重载铁路用钢轨及其制备方法，对保温处理后的钢轨轨底和轨腰部位进行多次加热和加速冷却，通过多次加速冷却来缩小奥氏体晶粒度尺寸，最终得到球团尺寸较小的重载铁路用钢轨，大幅提升钢轨韧性。然而，该发明需要多次重复加热钢轨及加速冷却，能耗大且工业生产操作难度大。

中国专利CN111485171A公开了一种重载铁路用钢轨材料及其生产方法；钢轨百分含量为C：0.75～0.80％，Si：0.62～0.70％，Mn：0.92～0.98％，P≤0.025％，S≤0.025％，V：0.04～0.12％，余量为Fe；发明采用280mm×380mm钢坯断面轧制钢轨，通过优化C、Si、Mn元素并添加V合金元素提高钢轨强度和硬度；轧制后利用钢轨余热进行热处理，快速冷却使得钢轨珠光体轨组织片层细化，以此提高钢轨的强硬度和韧性。然而，该发明主要通过钢坯尺寸及控制轧制工艺来保证钢轨定尺长度，并没有明确热处理冷却速率。

中国专利CN109207691A公开了一种重载铁路用钢轨的生产方法；通过利用轧制余热对钢轨进行一次热处理后，再利用加热装置再次将钢轨加热至650～700℃之间，将钢轨返回进行二次热处理，可得到抗拉强度1380MPa以上、-20℃低温断裂韧性≥38MPa·m1/2、耐磨性能和抗接触疲劳性能优良的重载钢轨。然而，该钢轨需要经过再加热和二次热处理，对装备及工艺控制要求高。