一种重载铁路用钢轨及其生产方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种重载铁路用钢轨及其制备方法，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组织构成，所述轨距角的厚度为3-5mm，硬度为341-368HB，延伸率为13-16％。所述制备方法包括：将终轧后的钢轨进行快速冷却，然后对轨距角部位进行快速加热和保温；快速冷却的条件包括：开冷温度为800-880℃，冷却速度为1-10℃/s，终冷温度为400-450℃；快速加热和保温的条件包括：以3.0-4.0℃/s的升温速度将轨距角温度升高至700-800℃并保温3-5min。本发明专利技术的重载铁路用钢轨具有高强度、高耐磨性和高抗接触疲劳性能，尤其在使用前期具有优异的耐磨性能和抗接触疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种重载铁路用钢轨及其生产方法和应用
本专利技术涉及一种重载铁路用钢轨及其生产方法和应用。
技术介绍
重载铁路的弯道中，轮轨接触的早期阶段，车轮与钢轨轨距角处的接触应力相较后期的稳定阶段明显过大，造成钢轨在前半年服役过程中疲劳裂纹过早产生和扩展，容易发生剥离缺陷，严重情况下还会造成轨头核伤缺陷，影响铁路的行车安全。针对钢轨早期使用过程中出现的疲劳现象，国内外相关研究人员也在采取不同措施进行改善，以期使钢轨使用更为安全，铁路运输更为顺畅。例如，北美地区的美国、加拿大等通过利用将轨距角处的三段圆弧优化为四段圆弧，使轮轨接触应力更小。国内钢轨研究工作者近些年也开始借鉴北美的技术思路来改善轮轨接触条件，如周清跃、张银花、田常海等发表的“60N钢轨的廓形设计及试验研究”论文中介绍，针对我国铁路多种型面的车轮在线路上混跑的实际情况，为改善轮轨接触关系，减少轮轨接触应力、改善车辆动力学性能，研究设计具有新轨头廓型的60N钢轨。仿真结果表明：60N钢轨与LM，S1002CN和LMA型面车轮接触时的接触点基本在轨头踏面中心区域；60N钢轨的最大接触应力和最大Mises等效应力与60钢轨相比，分别降低约19％和13％。同时，国内外相关研究者也通过设计钢轨的化学成分和热处理工艺来改善钢轨的抗接触疲劳性能，具体如下。(1)克里斯英国有限公司于2011年申请“具有耐磨性能和滚动接触疲劳抵抗性的优异结合的钢轨钢”专利(申请公布号CN101946019A)，该专利涉及高强度珠光体钢的钢轨，其具有耐磨性和滚动接触疲劳抵抗性的优异结合，其中该钢由以下组成：0.88-0.95％碳，0.75-0.92％硅，0.80-0.95％锰，0.05-0.14％钒，至多0.008％氮，至多0.030％磷，0.008-0.030％硫，至多2.5ppm氢，至多0.10％铬，至多0.010％铝，至多20ppm氧，余量为铁和不可避免的杂质。该专利钢轨在水润滑条件下具有超过130000循环的RCF抵抗性。(2)新日铁住金株式会社公司于2013年在国内申请“钢轨及其制造方法”专利(申请公布号CN102985574A)，该专利提供一种钢轨，该钢轨以质量％计含有：C：大于0.85且为1.20％以下、Si：0.05-2.00％、Mn：0.05-0.50％、Cr：0.05-0.60％、P≤0.0150％，其余部分由Fe及不可避免的杂质构成，其中，由以头部拐角部及头顶部的表面作为起点到深度10mm的范围构成的头表部的97％以上为珠光体组织；所述珠光体组织的维氏硬度为Hv320-500；所述珠光体组织中的渗碳体相的Mn浓度CMn[at.％]除以铁素体的Mn浓度FMn[at.％]而算出的值CMn/FMn值为1.0以上且5.0以下。(3)新日本制铁株式会社公司于2012年申请“延展性优良的珠光体系高碳钢钢轨及其制造方法”(申请公布号CN102803536A)，涉及一种延展性优良的珠光体系高碳钢钢轨，其以质量％计，含有C：超过0.85-1.40％、Si：0.10-2.00％、Mn：0.10-2.00％、Ti：0.001-0.01％、V：0.005-0.20％以及N＜0.0040％，剩余部分包括铁和不可避免的杂质；Ti和V的含量满足式(1)的范围，而且钢轨头部为珠光体组织。5≤[V(质量％)]/[Ti(质量％)]≤20式(1)。(4)美国柏林顿北方铁道公司于1991年申请“高强度耐损伤钢轨及其制造方法”(专利公开号CN1063916A)。该专利提出一种高强度耐损伤钢轨的构成，该钢轨的组分按重量百分比计算为C：0.60-0.85％、Si：0.1-1.0％、Mn：0.5-1.5％、P：在0.035％以下、S：在0.040％以下、Al：在0.05％以下，其余为Fe及不可避免的夹杂。角部2及头侧部3的硬度为HB341-HB405,头顶部的硬度为上述角部及头侧部硬度的90％以下。然而，上述钢轨均只关注了少数几个方面，而没有同时兼顾强度、耐磨性和耐接触疲劳性能，尤其是对于钢轨早期的耐接触疲劳性能更没有给予特别的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的货运铁路在使用早期容易出现接触疲劳劳损的现状，提供一种重载铁路用钢轨及其生产方法，该重载铁路用钢轨具有高强度、高耐磨性和高抗接触疲劳性能，尤其在使用前期具有优异的耐磨性能和抗接触疲劳性能。本专利技术提供了一种重载铁路用钢轨，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组织构成，所述轨距角的厚度为3-5mm，硬度为341-368HB，延伸率为13-16％。本专利技术还提供了生产本专利技术的重载铁路用钢轨的方法，该方法包括：将终轧后的钢轨进行快速冷却，然后对轨距角部位进行快速加热和保温；快速冷却的条件包括：开冷温度为800-880℃，冷却速度为1-10℃/s，终冷温度为400-450℃；快速加热和保温的条件包括：以3.0-4.0℃/s的升温速度将轨距角温度升高至700-800℃并保温3-5min。本专利技术另外提供了本专利技术生产重载铁路用钢轨的方法生产得到的重载铁路用钢轨。本专利技术另外提供了本专利技术的重载铁路用钢轨在20-30吨轴重重载铁路中的应用。本专利技术的专利技术人发现球状珠光体组织由于其较好的塑形性能和稍低的耐磨耗性能非常适合用作轨距角的金相组织，这样的轨距角由于具有更好的塑形性能，能被快速磨掉，形成良好的轮轨接触关系，使钢轨在使用前期具有良好的耐磨耗性能和抗接触疲劳性能。本专利技术的专利技术人进一步研究发现，为了得到球状珠光体组织的轨距角，可以在钢轨的生产后期进行特殊的热处理，例如先快速冷却，然后对轨距角部位进行快速加热和保温，能够使轨距角处生成球状珠光体组织。根据本专利技术，可以抑制由于头部拉痕等造成的过大接触压力而产生的头顶部的损伤，可延长钢轨的寿命。本专利技术的方法得到的钢轨兼具优异的强度、耐磨性和抗接触疲劳性能，特别适用于20-30吨轴重重载铁路。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的重载铁路用钢轨的轨距角的区域示意图。图2是根据本专利技术实施例1的重载铁路用钢轨的轨距角(左侧)与轨头基体(右侧)交界处的金相组织的TEM图。图3是本专利技术提供的重载铁路用钢轨的轨头基体的硬度测试的测试点示意图。图4是本专利技术提供的重载铁路用钢轨的轨距角的硬度测试的测试点示意图。图5是本专利技术提供的重载铁路用钢轨的快速加热过程的加热区域示意图。附图标记说明1轨距角的区域A1轨头基体硬度的测试位置B1轨距角硬度的测试位置C1轨距角硬度的测试位置具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种重载铁路用钢轨，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组织构成，所述轨距角1的厚度为3-5mm，硬度为341-368HB，延伸率为13-16％，如图1所示。优选地，所述重载铁路用钢轨的轨距角1的厚度为3.5-4.7mm，硬度为345-360HB，延伸率为13.5-15.5％；优选地，所述重载铁路用钢轨的轨距角1的宽度为18-22mm。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重载铁路用钢轨，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组织构成，所述轨距角的厚度为3‑5mm，硬度为341‑368HB，延伸率为13‑16％。

【技术特征摘要】
1.一种重载铁路用钢轨，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组织构成，所述轨距角的厚度为3-5mm，硬度为341-368HB，延伸率为13-16％，所述重载铁路用钢轨的除轨距角以外的其他部位由片状珠光体组织构成，所述重载铁路用钢轨的除轨距角以外的轨头基体的硬度为370-401HB，延伸率为10-13％。2.根据权利要求1所述的重载铁路用钢轨，其中，以所述重载铁路用钢轨的总重量为基准，所述重载铁路用钢轨含有0.70-0.82重量％的碳、0.15-0.80重量％的硅、0.70-1.35重量％的锰、0.05-0.60重量％的铬、0.04-0.30重量％的钒、0.025重量％以下的磷、0.025重量％以下的硫和96.08-98.36重量％的铁。3.一种生产权利要求1或2所述的重载铁路用钢轨的方法，该方法包括：将终轧后的钢轨进行快速冷却，然后对轨距角部位进行快速加热和保温；快速冷却的条件包括：开冷温度为800-880℃，冷却速...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓勇，郭华，袁俊，王春建，贾济海，邹明，韩振宇，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51