一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法，其化学成分为：C：0.15‑0.50wt％；Mn：1.00‑2.80wt％；Cr：0.50‑2.00wt％；Mo：0.15‑1.50wt％；Ni：0.15‑1.50wt％；Si：0.50‑2.0wt％；S：0.001‑0.01wt％；P：0.001‑0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。制备方法为：冶炼：按通用冶炼方法，由转炉或电炉冶炼钢水以及LF或VD炉精炼；铸造：对上述冶炼好的钢进行连铸；锻造：将上述得到的铸坯进行轧制和锻压处理，锻压成型获得辙叉用钢后，空冷至室温；热处理：对上述得到的辙叉用钢进行深冷处理，然后再进行一次回火处理。本申请所采用深冷加回火处理工艺，可进一步提高显微组织的稳定性，从而提高本申请用贝氏体辙叉用钢的综合性能，并有效延长辙叉的服役寿命，降低运行维护成本。

A high stability bainite frog steel and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法
本专利技术涉及铁路装备中辙叉制造的
，特别提供一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法。
技术介绍
铁路货运朝着速度提高、载重增加方向发展，对线路上的辙叉综合性能要求越来越高。辙叉作为钢轨线路系统中重要的基础部件和组成部分，其性能和稳定性关乎列车的运行安全。在服役过程中，辙叉，尤其是辙叉部位承受交变应力和冲击载荷，因而要求其材质具有高强度，高冲击韧性以及良好的抗磨损和抗接触疲劳性能。由于速度的提高，载重的进一步增加，目前我国货运铁路上主要使用的高锰钢辙叉在服役中出现了失效频率增加，使用寿命缩短等问题，因而大幅度增加了线路维护的成本和费用。而合适的贝氏体组织因具有优良的抗接触疲劳和耐磨性能，使其成为铁路用辙叉用钢有希望的潜在替代材料之一。目前国内已有多项与贝氏体辙叉用钢相关的申请和授权专利。“铁路辙叉专用含钨贝氏体锻钢”(申请号CN200610012673.4)、“全贝氏体钢辙叉及其制造方法”(申请号CN201210422455.3)、“一种高强度、长寿命贝氏体铁路辙叉用扁钢及其生产方法”(申请号CN201810610546.7)等申请的贝氏体辙叉用钢，其主要通过V、W或Nb等进行微合金化处理，然后进行常规的等温或正火+回火热处理获得辙叉用钢，其显微组织为无碳化物贝氏体和残余奥氏体。另外，“一种稀土处理的铁路辙叉专用贝氏体/马氏体钢”(申请号CN201310327290.6)、“铁路辙叉用高碳超高硅贝氏体钢及其制备方法”(申请号CN201610093359.7)，其显微组织为贝氏体/马氏体组织和残余奥氏体复相组织。根据前期大量相关文献研究工作，上述相关专利申请的贝氏体辙叉用钢显微组织中的残余奥氏体同时具有膜状和块状两种存在形态，相对而言，块状残余奥氏体的稳定性较差，在服役过程中，其可能发生转变形成生马氏体，进而不利于综合性能的稳定和增加剥离掉块的风险。可见，若能进一步提高残余奥氏体的稳定性，将起到稳定辙叉用钢的显微组织，这对有效提高辙叉用钢的服役寿命将具有重要意义。因此，本专利技术申请公开了一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法，旨在针对合适的成分和工艺下制备的、显微组织主要为贝氏体并包含部分残余奥氏体在内的贝氏体辙叉用钢，利用深冷处理，消除显微组织中不稳定的块状残余奥氏体，并通过后续的回火处理进一步稳定显微组织，从而起到显著提高贝氏体辙叉用钢的稳定性，进而保证其良好的抗冲击韧性和抗接触疲劳性能，增加其服役寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法，即延迟辙叉使用寿命的化学成分及相应匹配的生产处理工艺，以进一步提高稳定性。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高稳定性贝氏体辙叉用钢，其化学成分为：C：0.15-0.50wt％；Mn：1.00-2.80wt％；Cr：0.50-2.00wt％；Mo：0.15-1.50wt％；Ni：0.15-1.50wt％；Si：0.50-2.0wt％；S：0.001-0.01wt％；P：0.001-0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。进一步地，其中(Ni+Mo)≥0.9wt％。进一步地，辙叉用钢的显微组织为以贝氏体组织为主，并包含部分高热稳定性的残余奥氏体在内的多相复相组织。进一步地，其屈服强度RP0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥15％，AKU2(常温)≥70J，AKU2(-40℃)≥40J，HRC为40-45。一种上述的高稳定性贝氏体辙叉用钢的制备方法，包括如下步骤：(1)冶炼：按通用冶炼方法，由转炉或电炉冶炼钢水以及LF或VD炉精炼；(2)铸造：对步骤(1)冶炼好的钢进行连铸；(3)锻造：将步骤(2)得到的铸坯进行轧制和锻压处理，锻压成型获得辙叉用钢后，空冷至室温；(4)热处理：对步骤(3)得到的辙叉用钢进行深冷处理，然后再进行一次回火处理。进一步地，步骤(3)中轧制工艺参数为：加热温度1100-1250℃，终轧温度不低于900℃；锻压处理工艺参数为：加热温度不低于1150℃，终锻温度不低于900摄氏度。进一步地，步骤(4)中深冷处理相关工艺参数为：将锻件置于液氮介质的深冷处理箱内，保温6h以上，再出箱自然升温至室温；回火处理相关工艺参数为：将上述深冷处理后的锻件加热到200-400℃间保温3h以上，然后空冷至室温。其中组成高稳定性贝氏体辙叉用钢的成分用途如下：碳元素C：具有强烈的固溶强化作用，有利于保证辙叉钢的强度，同时碳元素对残余奥氏体稳定性有益，又可以提高其硬度和耐磨损能力。锰元素Mn：起固溶强化作用，有利于提高强度，并大幅度提高钢的淬透性。锰元素的添加可明显延缓高温铁素体和珠光体转变，并有效控制贝氏体转变时间，提高贝氏体的强度且韧性影响不明显；当其含量达到1.5wt％时，能使得高温转变区和贝氏体转变区完全分开，有利于辙叉用钢从高温奥氏体化后空冷至室温过程中获得具有良好性能的贝氏体组织。硅元素Si：强化贝氏体组织，可抑制脆性的碳化物析出。硅能使C曲线右移，利于辙叉形成韧塑性配合良好的残余奥氏体膜，稳定残余奥氏体，明显提高辙叉用钢的疲劳强度与疲劳极限比。铬元素Cr：具有良好的固溶强化作用，可显著提高强度。同时，铬元素能强化基体，提高钢种的淬透性，从而使辙叉从表面到心部组织一致性增强。钼元素Mo：增加高温相变孕育期，强烈提高钢种的淬透性，有利于细化晶粒，使辙叉钢在空冷条件下即可获得贝氏体组织且性能均匀，提高辙叉用钢的耐磨性能。对提高钢的回火抗力，抑制或消除回火脆性有显著影响。此外，可抑制钢中P元素在界面偏聚导致的韧性降低和引起开裂的风险。镍元素Ni：有利于辙叉钢的韧性，尤其是低温冲击韧性的提高。由于Ni与Mo均对韧性提高有益并能减少开裂，二者含量小于0.9wt％时，对于残余奥氏体低温的稳定作用不能充分显示。专利技术的有益效果如下：1、本申请所采用深冷加回火处理工艺，可进一步提高显微组织的稳定性，从而提高本申请用贝氏体辙叉用钢的综合性能，并有效延长辙叉的服役寿命，降低运行维护成本。2、采用本专利技术的制备方法生产的贝氏体辙叉，在保持高强度和高韧性水平前提下，可大幅增加显微组织的稳定性，从而有利于提高辙叉用钢的抗磨损和抗接触疲劳等服役性能，延长使用寿命。3、本专利技术的贝氏体辙叉其屈服强度RP0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥15％，AKU2(常温)≥70J，AKU2(-40℃)≥40J，HRC40-45。附图说明图1为本专利技术方法制备的高稳定性贝氏体钢辙叉的显微组织结构图，其中FilmyRA为膜状残余奥氏体；B为贝氏体；M为马氏体；decomposedblockyRA为分解的块状残余奥氏体。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其化学成分为：C：0.15-0.50wt％；Mn：1.00-2.80wt％；Cr：0.50-2.00wt％；Mo：0.15-1.50wt％；Ni：0.15-1.50wt％；Si：0.50-2.0wt％；S：0.001-0.01wt％；P：0.001-0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其化学成分为：C：0.15-0.50wt％；Mn：1.00-2.80wt％；Cr：0.50-2.00wt％；Mo：0.15-1.50wt％；Ni：0.15-1.50wt％；Si：0.50-2.0wt％；S：0.001-0.01wt％；P：0.001-0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。


2.根据权利要求1所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其中(Ni+Mo)≥0.9wt％。


3.根据权利要求1所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，所述辙叉用钢的显微组织为以贝氏体组织为主，并包含部分高热稳定性的残余奥氏体在内的多相复相组织。


4.根据权利要求1-3任一所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其屈服强度RP0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥15％，AKU2(常温)≥70J，AKU2(-40℃)≥40J，HRC为40-45。


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【专利技术属性】
技术研发人员：谭谆礼，田宇，张敏，杨月超，王瑞，白秉哲，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11