用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供的用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢，该耐磨钢的化学成分按质量百分比计，如下：C：0.2‑0.35％，Si：1.6‑2.5％，Mn：0.5‑0.9％，Cr：0.5‑2.0％，Mo：0.2‑1.0％，Ni：0.2‑0.5％，Cu：0.1‑0.5％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，其金相组织显示为贝氏体/残余奥氏体复相组织或贝氏体/马氏体复相组织。本发明专利技术耐磨钢不仅具备在寒冷环境下强度高、韧性好的特性，并且还具备耐磨性高、性能稳定性佳的特点，既能够代替现有材料制备成铁路辙叉，也可以用于制备钢轨或铁路尖轨在高寒地区使用。

【技术实现步骤摘要】
用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢及其制造方法
本专利技术属于用于铁路辙叉的耐磨钢及其制备
，具体涉及一种适用于高寒地区寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，随着我国国民经济发展的需要，铁路部门力图增加列车载重负荷和提高列车运行速度，以便增大运输能力，提高铁路运输效率，降低运输成本。这样一来，铁路钢轨、辙叉的使用环境将进一步恶化。为了适应铁路运输事业发展的需要，就要求铁路钢轨、辙叉质量有更进一步的改善和提高。同时高寒地区的寒冷环境在上述基础上对铁路钢轨、辙叉具有更高也更苛刻的要求。目前在铁路辙叉
中，生产铁路辙叉(道岔)的钢材一般都是采用传统高锰钢(ZGMn13)，该钢材虽然韧性高，但因其初始度低，形变硬化能力不足，导致耐磨差，不耐压，使用寿命短，一般使用寿命为一年左右。为了解决高速、准高速铁路道岔及钢轨对高性能的需求，本专利技术人曾在在先申请的专利ZL98112095.4中公开了一种通过Si-Mn-Cr-Mo-Ni合金元素配合，并辅以稀土合金RE、V、Ti变质处理方案的低合金、高性能铁路辙叉新型贝氏体耐磨钢，并公开了相对应的满足性能要求的配合工艺。该耐磨钢作为新一代铁路辙叉耐磨材料代替传统高锰钢(ZGMn13)生产的组合辙叉已在我国铁路系统得到了广泛应用。虽然如此，但该耐磨钢化学成分中的锰含量较高，实际生产中一般都超过1.5％了，因此导致轧制生产带状组织严重，性能稳定性较差，不能完全满足现在高速、准高速、重载下铁路辙叉使用的需要，同时其韧性偏低，不能满足铁路辙叉在高寒地区应用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种既适用于高寒地区寒冷环境，又适用于重载铁路的铁路辙叉使用的高韧耐磨钢，该耐磨钢通过对化学成分的优选调控，不仅使其具备在寒冷环境下强度高、韧性好的特性，并且其还具备耐磨性高、性能稳定性佳的特点，既能够代替现有材料制备成铁路辙叉，也可以用于制备钢轨或铁路尖轨在高寒地区使用；同时在此基础上，通过优选方案的设计，使其还具备高硬度、高抗拉强度的特性，适合制备成现有高速准高速、重载铁路的铁路辙叉用心轨。本专利技术提供的用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢，该耐磨钢的化学成分按质量百分比计，如下：C：0.2-0.35％，Si：1.6-2.5％，Mn：0.5-0.9％，Cr：0.5-2.0％，Mo：0.2-1.0％，Ni：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，其金相组织显示为贝氏体/残余奥氏体复相组织或贝氏体/马氏体复相组织。优选地，化学成分按质量百分比计为：C：0.2-0.25％，Si：2.0-2.5％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-2.0％，Mo：0.5-1.0％，Ni：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。记为优选成分配比1。或为：C：0.26-0.35％，Si：1.6-2.0％，Mn：0.5-0.9％，Cr：0.5-1.0％，Mo：0.2-0.5％，Ni：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。记为优选成分配比2。进一步地，其化学成分按质量百分比计还包括：Ti：0.01-0.10％或Ti：0.01-0.10％和V：0.01-0.15％。通过对本专利技术提供的耐磨钢化学成分进一步优选，其最终组织可选择偏向于贝氏体/残余奥氏体，或偏向于贝氏体/马氏体复相组织。如上述优选成分配比1所制得耐磨钢最终金相组织呈现贝氏体/残余奥氏体复相组织，其常温冲击强度ak最高达到120J/cm2，ak(-40℃)最高达到60J/cm2，韧性与现应用于辙叉心轨的耐磨钢相比得到了显著提高和稳定，更加适合于高寒地区寒冷环境用辙叉心轨的制备；上述优选成分配比2所制得耐磨钢最终金相组织呈现贝氏体/马氏体复相组织，其硬度为42-45HRC，抗拉强度最高达到1550MPa，更加适用于制备成现有高速准高速、重载铁路的铁路辙叉用心轨，显著提高铁路辙叉的承载能力。本专利技术提供的用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢的制造方法，该方法是将原料放入电弧炉、中频或工频电炉中进行冶炼，并按以下该高韧耐磨钢最终化学成分的质量百分比含量调整钢水：C：0.2-0.35％，Si：1.6-2.5％，Mn：0.5-0.9％，Cr：0.5-2.0％，Mo：0.2-1.0％，Ni：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，RE：0.01-0.1％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，冶炼中添加RE0.01-0.1％并控制残留有害元素[H]≤1.5ppm，浇成钢锭，经热轧制成型或锻造成型后，经正火或退火处理后再于200-400℃回火，即制成铁路辙叉心轨或铁路钢轨、铁路尖轨。所制得的耐磨钢除其化学成分能达到上述要求和形成的最终金相组织为贝氏体或贝氏体/马氏体复相组织。所制得的耐磨钢除其化学成分能达到上述要求和形成的最终金相组织为贝氏体/残余奥氏体复相组织或贝氏体/马氏体复相组织，其洛氏硬度≥38HRC，可达到38-45HRC，抗拉强度≥1250MPa，可达到1250-1550MPa，常温冲击强度ak为80-120J/cm2，-40℃冲击强度ak为40-60J/cm2，试件台架实验疲劳寿命大于2×106次。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：1、由于由本专利技术提供方法所制得的耐磨钢综合性能高，可在满足铁路辙叉、钢轨或铁路尖轨对于高强度、硬度需求条件下，于-40℃温度环境下以上也无明显冷脆现象，尤其是优选方案中用于制备高寒地区寒冷环境辙叉心轨的耐磨钢常温冲击强度ak最高达到120J/cm2，ak(-40℃)达到60J/cm2，韧性较现应用辙叉心轨有显著的提高和稳定；优选方案中用于制备重载铁路辙叉用心轨的耐磨钢硬度达42-45HRC，抗拉强度最高达到1550MPa，显著提高了承载能力。2、由于本专利技术提供的方法采用的是一次性热处理，即经热轧成型或锻造成型后既可以直接采用低温回火处理，又可以依次进行正火+低温回火处理，因而不仅生产工艺简单，还避免了类似高锰钢水韧处理工艺，大幅节省了高温设备及能源消耗的费用，降低了生产成本。3、由于本专利技术提供方法所制得耐磨钢的化学成分中还含有一定量的铜合金元素，因而还可提高耐磨钢的整体抗蚀性。4、由于本专利技术提供的耐磨钢可轧制或锻造成高速准高速铁路或重载铁路辙叉心轨、铁路钢轨、铁路尖轨，因而具有应用领域广泛、经济效益显著的特点。附图说明图1为本专利技术方法按照优选成分配比1所得耐磨钢的金相组织照片，从照片可见其为贝氏体/残余奥氏体复相组织；图2为本专利技术方法按照优选成分配比2所得耐磨钢的金相组织照片，从照片可见其为贝氏体/马氏体复相组织。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。值得说明的是，以下实施例所得耐磨钢的抗拉强度是参照GB/T6344-200本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢，其特征在于该耐磨钢的化学成分按质量百分比计，如下：C：0.2‑0.35％，Si：1.6‑2.5％，Mn：0.5‑0.9％，Cr：0.5‑2.0％，Mo：0.2‑1.0％，Ni：0.2‑0.5％，Cu：0.1‑0.5％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，其金相组织显示为贝氏体/残余奥氏体复相组织或贝氏体/马氏体复相组织。

【技术特征摘要】
1.用于寒冷环境及重载铁路辙叉的高韧耐磨钢，其特征在于该耐磨钢的化学成分按质量百分比计，如下：C：0.2-0.35％，Si：1.6-2.5％，Mn：0.5-0.9％，Cr：0.5-2.0％，Mo：0.2-1.0％，Ni：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，其金相组织显示为贝氏体/残余奥氏体复相组织或贝氏体/马氏体复相组织。2.根据权利要求1所述的高韧耐磨钢，其特征在于该耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.2-0.25％，Si：2.0-2.5％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-2.0％，Mo：0.5-1.0％，Ni：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的高韧耐磨钢，其特征在于该耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.26-0.35％，Si：1.6-2.0％，Mn：0.5-0.9％，Cr：0.5-1.0％，Mo：0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾道成，王正云，陈宝书，金应荣，胡志华，曹焜纯，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51