一种辙叉心轨用贝氏体钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种辙叉心轨用贝氏体钢及其制备方法。以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C 0.25‑0.32％，Mn 1.0‑2.0％，Si 0.8‑1.7％，Cr 0.5‑1.5％，Ni 0.1‑0.6％，Mo 0.1‑0.7％，Cu 0‑0.1％，Al 0‑0.1％，V 0‑0.3％，Ti 0‑0.1％，其余为铁元素及不可避免的杂质。本发明专利技术提供的贝氏体钢组织均匀、稳定性高，具有优良的抗接触疲劳性和耐磨性，使用寿命长。而且该钢材的制备工艺稳定，可大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种辙叉心轨用贝氏体钢及其制造方法
本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种辙叉心轨用贝氏体钢及其制造方法。
技术介绍
贝氏体钢具有高强度、高韧性，贝氏体辙叉心轨表现出良好的耐磨性和抗接触疲劳性，同时具有良好的可焊性，是用于制造重载铁路用辙叉心轨的理想材料之一。目前，我国铁路营业里程已超过12万公里，道岔使用数量已达到19万组。随着我国铁路事业向重载化方向不断发展，对钢轨及道岔性能的要求越来越高。辙叉心轨是铁路线路的关键组成部件，也是受损最严重的结构之一。辙叉心轨必须具有适宜的力学性能，才能够保证行车安全，减轻养护压力。《TB3467-2016合金钢组合辙叉》标准里对辙叉力学性能的规定是：抗拉强度≥1280MPa，断后伸长率≥12％，断面收缩率≥40％，冲击：常温(20℃)≥60J，低温(-40℃)≥30J，轨顶面硬度360～430HBW，横截面硬度38～45HRC。为此，现有技术中已经出现了多种用于辙叉心轨的钢材。如公开号为CN103409689B的中国专利文献公开了一种稀土处理的铁路辙叉专用贝氏体/马氏体钢，其化学成分(wt％)为：C：0.35～0.44，S：0.8～1.6，Mn：1.4～2.0，Cr：1.2～2.0，Mo：0.2～0.5，Al：0.05～1.0，V：0.10～0.20，Re：0.01～0.03，S≤0.010、P≤0.015，其余为铁元素及不可避免的杂质；采用如下方法制造：电炉冶炼、浇铸、热轧+空冷、正火。该贝氏体/马氏体钢使用状态的常规力学性能为：Rm＞1450MPa，Rp0.2≥1150MPa，A≥14％，AKU2≥50J，HB≥400；其中Rm代表抗拉强度，Rp0.2代表规定非比例延伸强度，A代表断后伸长率，Z代表断面收缩率，AKU2代表冲击功，HB代表布氏硬度；Rm和Rp0.2反映了钢材的强度，AKU2反映了钢材的断裂韧性。该专利技术的铁路辙叉贝氏体/马氏体钢添加了0.35-0.44(wt％)的碳，拉伸强度达到了1450MPa级，但是碳含量的增加对冲击韧性有不利影响。同时该贝氏体/马氏体钢添加了稀土元素Re，虽然我国稀土元素探明储量世界第一，但稀土元素作为重要的战略资源，随着储量的逐渐减少会越来越重要，价格也会随之上升，不利于工业化生产。公开号为CN104561829B的中国专利文献公开了一种铁路辙叉用高耐磨钢及其制造方法，其化学成分(wt％)为：C：0.29～0.45，Si：0.20～0.59，Mn：0.9～1.51，P≤0.015，S≤0.010，Cr：1.52～1.79，Ni：1.01～1.49，Mo：0.29～0.59，Al：0.02～0.07，Nb：0.025～0.10，0.05≤Nb+Al≤0.15，[O]≤20ppm，[N]≤100ppm，[H]≤0.50ppm，余量为铁和其他不可避免的杂质，合金钢的制造方法为：电弧炉冶炼→钢包炉精炼→真空炉脱气→模铸→初扎开坯→锻造成型→去氢热处理→最终热处理。获得的合金钢机械性能如下：Rm≥1605MPa，Rp0.2≥1300MPa，硬度≥48HRC，aKU(室温)≥100J/cm2，aKU(-40℃)≥70J/cm2。这种贝氏体钢的强度高达1605MPa，硬度达48HRC；但是强度和硬度过高会导致辙叉与车轮的磨合不好，表面容易剥离掉块，影响行车安全和使用寿命。公开号为CN1721565A的中国专利文献公开了一种含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及制造工艺，该贝氏体钢辙叉含5～15％稳定残余奥氏体，主要添加元素为C、Si、Mn和Mo，贝氏体心轨的制造工艺主要为电弧炉冶炼、铸造钢锭、锻造或轧制开坯、锻造成型等。电弧炉适用于冶炼相对钢轨而言尺寸较小的辙叉钢，但电弧炉冶炼的钢坯组织均匀性差，上道后易出现剥离掉块等缺陷。辙叉作为铁路关键部件，对材料的性能要求较高，随着铁路的货运量逐渐增多，电弧炉冶炼制造辙叉不能满足发展的需要。公开号为CN1166804C的中国专利文献公开了一种铁道辙叉专用超强高韧可焊接空冷贝氏体钢制造方法，含C0.49～0.65(wt％)，以Mn、Si为主要合金元素，添加Cr、Ni、Mo等元素，奥氏体化后空冷得到贝氏体/马氏体复相组织。虽然室温冲击韧性为90J/cm2，但是这种贝氏体钢由于C含量较高，易形成孪晶马氏体，使其硬度和强度过高(硬度达到45HRC，抗拉强度为1550MPa)，却牺牲了韧塑形，影响铁路辙叉的使用寿命。目前，我国主要采用小炉冶炼-锻造-热处理的方法制造贝氏体钢辙叉心轨，优点是能得到理想的锻造比范围；缺点是制得的贝氏体钢辙叉心轨通常存在组织不均匀，性能不稳定，上道后出现磨损和剥离掉块等缺陷，不仅严重影响了辙叉心轨的使用寿命，给列车的行车造成安全隐患，并且不能大规模生产。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种辙叉心轨用贝氏体钢及其制造方法，本专利技术能有效地改善贝氏体钢的组织均匀性和稳定性，提高辙叉心轨的抗接触疲劳性、耐磨性和使用寿命，且可大批量生产。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种辙叉心轨用贝氏体钢，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C0.25-0.32％，Mn1.0-2.0％，Si0.8-1.7％，Cr0.5-1.5％，Ni0.1-0.6％，Mo0.1-0.7％，Cu0-0.1％，Al0-0.1％，V0-0.3％，Ti0-0.1％，其余为铁元素及不可避免的杂质。优选的，所述的辙叉心轨用贝氏体钢，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C0.28-0.3％，Mn1.5-1.9％，Si1.5-1.7％，Cr0.8-1.1％，Ni0.2-0.5％，Mo0.2-0.5％，Cu0.005-0.05％，Al0.003-0.1％，V0.05-0.15％，Ti0.001-0.007％，其余为铁元素及不可避免的杂质。更优选的，所述的辙叉心轨用贝氏体钢，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C0.29-0.3％，Mn1.7-1.8％，Si1..6-1.65％，Cr0.9-1.0％，Ni0.3-0.4％，Mo0.35-0.45％，Cu0.008-0.015％，Al0.005-0.008％，V0.08-0.12％，Ti0.003-0.006％，其余为铁元素及不可避免的杂质。本专利技术的另一个目的在于提供上述辙叉心轨用贝氏体钢的制备方法，包括如下步骤：①大方坯连铸：按照钢轨大方坯连铸的常规工艺，将原料经过转炉冶炼-精炼-真空处理-大方坯连铸，得到尺寸为380×280mm的钢坯；②轧制工艺：钢坯的加热速度≤120℃/h，加热至1150-1250℃，开轧温度1150-1230℃，终轧温度850-900℃，将步骤①得到的钢坯轧制成185×125mm的矩形钢坯；③锻造工艺：钢坯的加热速度≤120℃/h，加热至1150-1200℃，始锻温度≤1150℃，终锻温度≥950℃，将步骤②得到的矩形钢坯锻造成185×80mm的矩形钢坯，锻造比＞7；④热处理工艺1：包括退火-正火-回火；具体操作为：先将步骤③得到的矩形钢坯加热至900-1000℃，到温后保温时间100min～150min，随炉冷却至室温，再加热至900-1000℃，到温后保温时间100min～150min，流动空气中冷却至室温，再加热至300-350℃，到温后保温时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辙叉心轨用贝氏体钢，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C 0.25‑0.32％，Mn 1.0‑2.0％，Si 0.8‑1.7％，Cr 0.5‑1.5％，Ni 0.1‑0.6％，Mo 0.1‑0.7％，Cu 0‑0.1％，Al 0‑0.1％，V 0‑0.3％，Ti 0‑0.1％，其余为铁元素及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种辙叉心轨用贝氏体钢，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C0.25-0.32％，Mn1.0-2.0％，Si0.8-1.7％，Cr0.5-1.5％，Ni0.1-0.6％，Mo0.1-0.7％，Cu0-0.1％，Al0-0.1％，V0-0.3％，Ti0-0.1％，其余为铁元素及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的辙叉心轨用贝氏体钢，其特征在于，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C0.28-0.3％，Mn1.5-1.9％，Si1.5-1.7％，Cr0.8-1.1％，Ni0.2-0.5％，Mo0.2-0.5％，Cu0.005-0.05％，Al0.003-0.1％，V0.05-0.15％，Ti0.001-0.007％，其余为铁元素及不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的辙叉心轨用贝氏体钢，其特征在于，以重量百分含量计，所述贝氏体钢含有：C0.29-0.3％，Mn1.7-1.8％，Si1..6-1.65％，Cr0.9-1.0％，Ni0.3-0.4％，Mo0.35-0.45％，Cu0.008-0.015％，Al0.005-0.008％，V0.08-0.12％，Ti0.003-0.006％，其余为铁元素及不可避免的杂质。4.权利要求1至3中任一项所述的辙叉心轨用贝氏体钢的制造方法，包括如下步骤：①大方坯连铸：按照钢轨大方坯连铸的常规工艺，将原料经过转炉冶炼-精炼-真空处理-大方坯连铸，得到尺寸为380×28...

【专利技术属性】
技术研发人员：周清跃，林云蕾，张银花，刘丰收，李闯，俞喆，梁旭，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京中铁科新材料技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁路总公司，
类型：发明
国别省市：北京,11