一种辙叉心轨用钢及其热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种成本低、回火温度低、时间短、耗能少、热处理加热、冷却时热应力和组织应力小，辙叉心轨在普通箱式炉中平放进行热处理时的单边变形量小于1.5mm的辙叉心轨用钢及其热处理方法，合金成分质量百分比为：C：0.22%

【技术实现步骤摘要】
一种辙叉心轨用钢及其热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种成本低、回火温度低、时间短、耗能少、热处理加热、冷却时热应力和组织应力小，辙叉心轨在普通箱式炉中平放进行热处理时的单边变形量小于1.5mm的辙叉心轨用钢及其热处理方法，属辙叉心轨用钢制造领域。

技术介绍

[0002]CN102899471B、“贝氏体钢轨的热处理方法”，该贝氏体钢轨的热处理方法包括：将终轧后的钢轨自然冷却，以使钢轨轨头表层温度降至460
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490℃；将钢轨以2.0
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4.0℃/s 的冷却速度强制冷却，以使钢轨轨头表层温度降至250
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290℃；使钢轨温度自然回升直至钢轨轨头表层温度达到300℃以上；将钢轨置于炉膛温度为300
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350℃的加热炉内回火处理2
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6h；将钢轨空冷至室温。得到的钢轨在获得稳定残余奥氏体组织的同时具有良好的综合力学性能。
[0003] CN105385938B、名称“一种合金体系及其贝氏体钢轨的热处理方法以及贝氏体钢轨”，其特征在于：所述贝氏体钢轨的合金体系的成分以质量百分比计如下：C：0.22～0.27；Si：1.65～1.85；Mn：1.60～1.80；Cr：1.30～1.90；Mo：0.25～0.85；Ni：0.25～0.95；V：0.040～0.060或Nb：0.020～0.040、P：≤0.015、S：≤0.015；余量为Fe和不可避免的杂质元素；其中对杂质元素进行严格控制：(1)气体含量：钢水[H]≤2.0ppm，铸坯[H]≤1.5ppm，[O]≤25ppm，[N]≤70ppm；(2)残余元素：Al≤0.006％，Cu≤0.15％，Sn≤0.010％，Sb≤0.010％；所述的热处理方法具体如下：正火+调整处理：正火温度为900
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940℃奥氏体温区加热，炉内保温超过8小时，出炉空冷到室温；淬火：在Ac3+50～70℃奥氏体温区范围内保温7小时后，水冷直接淬火至320
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350℃之间；等温相变：然后在320
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350℃将钢轨堆垛放入保温坑保温处理，进行超过5小时等温相变处理；回火调质处理：等温相变处理后将贝氏体钢轨进行回火处理，回火温度为320
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370℃，保温超过9小时后空冷至室温。该热处理方法的生产特点是，有效控制奥氏体组织的细化及元素和微观组织的偏析和不均现象，以利于冷却相变后获得细小的均匀的下贝氏体组织，保证有效控制钢轨完全发生下贝氏体组织的相变，从而获得高性能的贝氏体钢轨。
[0004]CN109023096A、名称“一种用于制造铁路叉心的高性能的低合金钢及其制备方法”，该低合金钢主要包括如下质量份的组分：C:0.1
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0.2%，Si：0.4
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0.9%，Mn：0.8
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1.7%，V：0.02
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0.15%，Nb：0.015
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0.06%，La：0.085
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0.01%，Y：≤0.01%，Ce：0.085
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0.01%，Mo：0.25
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0.35%，S：≤0.045％，P：≤0.045%，其余为Fe；低合金钢的表面粗糙度控制在0 .5μm以下。制备方法包括：(A)将所有组分混合熔炼后，得到低合金钢的铸锭；(B)将上述铸锭在860
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900℃条件下保温，浸入水中淬火，再回火、冷却后，即可。本专利技术的低合金钢通过添加了微量的稀土元素，通过控制一定加量的稀土元素，切实提高了高温抗氧化性。
[0005]上述
技术介绍
存在的不足之处： CN102899471B专利中需要将冷却和回火连续起来，不利于生产排产。且以2
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4℃/s的冷速对钢轨实施冷却时对设备的冷却能力要求高。CN105385938B专利中热处理工艺包括：正火+调整处理、淬火+等温相变、回火调质处理，工
序步骤多且每个工序至少5小时，不利于节约能源和成本。CN109023096A专利的化学成分中含有Nb和La、Y、Ce稀土元素，稀土价格昂贵。

技术实现思路

[0006]设计目的：避免
技术介绍
中的不足之处，设计一种成本低、回火温度低、时间短、耗能少、热处理加热、冷却时热应力和组织应力小，辙叉心轨在普通箱式炉中平放进行热处理时的单边变形量小于1.5mm的辙叉心轨用钢及其热处理方法。
[0007]设计方案：为了实现本专利技术的设计目的。本专利技术在成分设计上，适当提高Si、Cr含量，C、Ni含量控制在较低水平，合金成分质量百分比为：C：0.22%
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0.31%、Si：1.86%
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2.04%、Mn：1.81%
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2.00%、P≤0.025%、S≤0.010%、Cr：1.32%
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1.45%、Ni：0.26%
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0.33%、Mo：0.28%
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0.34%、V：0.07%
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0.14%、Al：0.01%
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0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0008]关键技术要点：Si是非碳化物形成元素，在冷却过程中固溶到贝氏体铁素体中起固溶强化作用，提高合金强度。适量的Si还能有效抑制碳化物析出促使形成粒状贝氏体，提高钢的冲击功。
[0009]C含量保持在较低水平，将强度控制在合理范围，如果C含量过高，则强度过高，在滚动摩擦下容易发生剥落掉块。
[0010]Cr含量高，可以提高其淬透性，使材料在冷却过程中表面和心部都完全转变为贝氏体组织，内外组织均匀。
[0011]Ni含量大于0.85%可以明显提高冲击功，但是增加成本，将Ni含量控制在较低范围内，通过合金材料在冷却时形成的粒状贝氏体来提高其冲击功，可以降低生产成本。
[0012]Mn和Mo合理配合可以推迟珠光体转变，在合适的冷速下就可以得到贝氏体组织。降低对设备的冷却速度要求。Mn具有溶质拖拽作用，在相界面的富集降低了相界附近奥氏体基体内碳的活度及活度梯度，降低碳在奥氏体中的扩散速度，进一步抑制先共析铁素体的生长。使材料在低冷却速度下不会产生先共析铁素体。Mn含量高一些可以减少昂贵元素Mo的含量，降低成本。少量V能起到细化晶粒作用。
[0013]回火温度低、时间合适，残余奥氏体的机械稳定性高，在外加荷载作用下不会转变成马氏体，提高了材料的使用寿命。
[0014]工件热处理时的变形是受组织应力和热应力共同作用的结果，在普通箱式炉或台车炉中平放热处理时为减小心轨变形，一是在热处理的正火加热过程采用在670
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690℃保温1h，可使心轨内外温度均匀，减小加热过程中的热应力，此温度低于钢铁材料的A1线，在此温度保温组织不会发生转变；二是合理的化学成分设计使心轨在低的冷却速度下也能得到粒状贝氏体组织，减小了冷却时的热应力及组织应力，进而减小心轨的变形量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辙叉心轨用钢，其特征是合金成分质量百分比为：C：0.22%
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0.31%、Si：1.86%
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2.04%、Mn：1.81%
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2.00%、P≤0.025%、S≤0.010%、Cr：1.32%
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1.45%、Ni：0.26%
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0.33%、Mo：0.28%
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0.34%、V：0.07%
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0.14%、Al：0.01%
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0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的辙叉心轨用钢，其特征是：C：0.24%、Si：1.86%、Mn：1.85%、P：0.020%、S：0.007%、Cr：1.32%、Ni：0.31%、Mo：0.31%、V：0.11%、Al：0.12%，余量为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的辙叉心轨用钢，其特征是：C：0.28%、Si：1.92%、Mn：2.00%、P：0.010%、S：0.005%、Cr：1.44%、Ni：0.26%、Mo：0.34%、V：0.14%、Al：0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的辙叉心轨用钢，其特征是：C：0.30%...

【专利技术属性】
技术研发人员：任伟伟，高尚君，王磊，付涛，郑会锋，
申请(专利权)人：中铁宝桥集团有限公司，
类型：发明
国别省市：