珠光体类热处理钢轨及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种珠光体类热处理钢轨及其生产方法，其化学成分按重量百分比包括：Ｃ：０．７０％～０．９５％、Ｓｉ：０．２０％～１．１０％、Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、Ｖ：０．０１％～０．２０％、Ｃｒ：０．１５％～１．２０％、Ｐ：≤０．０３５％、Ｓ：≤０．０３５％和Ａｌ：≤０．００５％。该方法包括以下步骤：１）冶炼，２）浇铸并轧制，３）从６５０～８８０℃以１～１０℃／ｓ的冷速冷却到４００～５００℃或将冷却到室温的钢轨钢，先加热到８５０～１１００℃后，再自然冷却到６５０～８８０℃，以１～１０℃／ｓ的冷速冷却到４００～５００℃，停止冷却，４）自然放置。生产出来的钢轨具有良好的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢轨及其生产方法，特别是涉及一种。
技术介绍
铁路货运的重载化要求钢轨具有更高的强度，而能被大量用于制造钢轨的组织主要有珠光体、回火马氏体或贝氏体，其中珠光体由于最耐磨、生产工艺最简单、生产成本最低和性能最稳定，是未来钢轨材质不断完善发展的方向之一。一般地，珠光体类钢轨的强化方法包括合金化、热处理以及合金化+热处理三种。从发展方向来看，合金化+热处理是较为理想的方法，具有强度高、韧塑性好、成本低等优点。CN1012906B公开了一种能够防止失稳断裂扩展的耐磨钢轨钢，C含量为0.50～0.85％，轨腰组织为高韧性贝氏体或贝氏体和马氏体混合组织。CN1040232C采用一种含有乙二醇或聚乙二醇的冷却介质，将C含量为0.65～0.85％的钢轨钢从高于720℃的温度冷却到450～550℃。CN10129668公开了一种生产高强度钢轨的热处理方法，将C含量为0.77～0.82％的碳素钢轨钢用电磁感应方式加热至850～950℃后，以4.6～15℃/s的冷速冷却到550～450℃，生产出来的钢轨抗拉强度在1140～1295MPa。CN1487111A公开了一种C含量为0.66～0.86％的热处理碳素钢轨钢。日本专利(特公昭54-25490号公报)公开了一种轨头部位为索氏体织织或微细珠光体组织的超大载重用的热处理钢轨钢。日本专利(特公昭59-19173号公报)公开了一种低合金热处理钢轨钢的制造方法，通过添加Cr或Nb等，提高耐磨性并克服焊接部分的硬度降低的缺点。日本专利(特公昭63-23244号公报)公开了一种抗拉强度为1274MPa以上的高强度钢轨钢的制造方法，该方法在终轧后或从再加热的奥氏体区域的温度，从850～500℃以1～4℃/s的速度冷却。上述专利申请中，由含共析碳的钢(C0.60～0.82％)生成微细的珠光体组织而实现高强度，但在重载荷铁路中使用时，由于钢轨中C含量低，钢中渗碳体密度小，抗拉强度低，不能稳定达到1310MPa以上，导致耐磨性差，钢轨的使用寿命短。CN1072270C公开了一种耐磨损性和耐内部损伤性优良的钢轨钢及其制造方法，将过共析C含量(C0.85～1.20％)的钢轨钢从奥氏体温度以5～15℃/s的冷速冷却至650～500℃，钢轨轨头至少在20mm深度范围内，获得硬度在HV370以上的珠光体组织。CN1522311A公开了一种耐磨性和延性优良的珠光体类钢轨钢及制造方法，采用过共析C含量(C0.65～1.40％)的钢坯在1100℃进行加热，钢轨在850～1000℃进行精轧，以1～30℃/s的冷却速度将钢轨从奥氏体温度加速冷却到550℃，在轨头获得深度20mm以上、硬度为HV300～500的珠光体组织。在上述专利申请中，采用过共析碳的钢(C0.85～1.40％)生成微细的珠光体组织，以增加珠光体组织薄片中的渗碳体密度而提高耐磨性，但上述方法存在许多缺点，(1)由于比现行的共析钢有高得多的含碳量，塑性降低，钢轨容易断裂，并且在铸坯中心容易形成碳、合金元素富集的偏析带，沿偏析带生成先共析渗碳体，在使用过程中成为疲劳裂纹和脆性断裂的起源点。(2)钢轨长度方向和横断面上温度不均匀，造成钢轨各部位性能的差异，特别是钢轨的底部和轨底、轨腰的连接部，容易生成引起疲劳龟裂和脆性龟裂的先共析渗碳体组织。(3)为了抑制轨腰和轨底出现二次先共析渗碳体，钢轨轨头、轨腰和轨底根据冷速不同，添加不同冷却装置，生产工艺复杂，操作困难。(4)不能保证钢轨轨头深度在20mm外的组织没有先共析渗碳体出现。(5)过共析钢焊接碳当量高，钢轨焊接性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种珠光体类热处理钢轨，其抗拉强度在1310MPa以上，焊接性优良，使用寿命长。本专利技术的另一个目的提供一种生产上述钢轨的方法，该方法工艺简单，操作方便。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是珠光体类热处理钢轨，其化学成份按重量百分比包括C0.70％～0.95％、Si0.20％～1.10％、Mn0.50％～1.50％、V0.01％～0.20％、Cr0.15％～1.20％、P≤0.035％、S≤0.035％和Al≤0.005％。一种生产珠光体类热处理钢轨的方法，包括以下步骤1)冶炼，2)浇铸并轧制，3)从650～880℃以1～10℃/s的冷速冷却到400～500℃后，停止冷却，或将冷却到室温的钢轨，先加热到850～1100℃后，再自然冷却到650～880℃后，以1～10℃/s的冷速冷却到400～500℃，停止冷却，4)自然放置。本专利技术的有益效果是生产出来的钢轨的全断面组织为全珠光体，轨头抗拉强度在1310MPa以上，轨头硬度在370HB以上，硬化层深度达到20mm以上，并具有良好的耐磨性，焊接性优良，能满足重载铁路曲线段线路钢轨的使用要求，有广阔的应用前景。本专利技术的生产方法具有工艺简单和操作方便的优点。附图说明图1是实施例1得到的钢轨的全断面硬度的示意图。图2是磨损试验示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步地描述。C是一种能够有效促进珠光体转变并提高钢轨强度、硬度和耐磨性的最经济元素。当C的含量在0.70％以下时，珠光体结构中用来提高钢轨耐磨性的渗碳体相的密度不能得到保证，但当C含量超过0.95％时，在钢轨钢热轧和热处理过程中，容易在晶界析出先共析渗碳体，在晶界呈网状分布，恶化钢轨钢韧性和塑性，造成钢轨使用寿命明显降低。在碳素热轧钢轨中，不产生先共析渗碳体的C含量上限为0.86％，而当钢轨钢加入足够量的Si、V等合金元素后，不产生先共析渗碳体的C含量可达0.95％。因此，C含量控制在0.70％到0.95％之间。Si是铁素体形成元素。在珠光体中，Si不溶于渗碳体，全部固溶于铁素体，在奥氏体向珠光体转变过程中，渗碳体形核和长大时，必须将Si排开，因此，Si抑制渗碳体的形成，促进铁素体的转变，提高钢轨钢不形成先共析渗碳体的C含量上限，同时，Si固溶于铁素体中，可提高钢轨钢硬度。但当Si含量小于0.20％时，Si的加入不能提高钢轨钢铁素体基体和不产生先共析渗碳体的C含量上限，当Si含量大于1.10％时，在热轧时会形成许多表面缺陷，钢轨钢变脆，可焊性降低。因此Si含量限制在0.20％到1.10％之间。Mn在钢轨钢中是固溶强化元素，提高钢轨硬度和强度，降低珠光体的转变温度，从而降低珠光体片层间距，间接地提高钢轨的韧性和塑性。还可阻止先共析渗碳体的形成，并与S形成稳定MnS，降低S的危害作用。但当Mn含量小于0.50％时，上述作用不显著，当Mn含量超过1.50％时，会降低钢轨钢的韧性，并明显降低钢轨钢产生马氏体的临界冷速，在生产过程中因偏析，易形成马氏体和贝氏体等异常组织，从而增加钢轨断裂的危险。因此，Mn含量限制在0.50％到1.50％之间。V是沉淀强化元素，在热轧钢轨钢冷却过程中与C、N结合，形成V(C·N)x的沉淀物，提高钢轨钢硬度和强度。在钢轨焊接的加热过程中，阻止晶粒长大，细化奥氏体，从而提高钢轨钢的强度、延性和韧性，并提高钢轨钢的耐磨性能。另外，当钢轨钢由奥氏体向珠光体转变过程中，V(C·N)x先沉淀析出，降低奥氏体的碳浓度，促进含碳量极低的铁素体的形成。当V与Si配合在一起时，会大大抑制渗碳体的形成，特别在本文档来自技高网...

【技术保护点】
珠光体类热处理钢轨，其特征在于，其化学成份按重量百分比包括：Ｃ：０．７０％～０．９５％、Ｓｉ：０．２０～１．１０％、Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、Ｖ：０．０１％～０．２０％、Ｃｒ：０．１５％～１．２０％、Ｐ：≤０．０３５％、Ｓ：≤０．０３５％和Ａｌ：≤０．００５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹明，梅东生，周一平，张昆吾，徐权，周伟，
申请(专利权)人：攀枝花钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]