一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，属于钢铁材料热处理领域。按重量百分比计，该钢的化学成分范围为：C：0.23～0.28％，Si：1.74～1.78％，Mn：1.69～1.85％，Cr：1.26～1.35％，Ni：0.45～0.65％，Cu：0.06～0.09％，Mo：0.37～0.41％，Sn：＜0.0073％，Sb：＜0.0063％，Ti：＜0.009％，N：≤0.05％，Nb：≤0.002％，V：≤0.015％，Al：≤0.015％，P：≤0.013％，S：＜0.005％，As：＜0.007％，余量为铁。本发明专利技术热处理工艺流程简单，易于实现工业生产。经过本发明专利技术所述方法处理后得到的铁路辙叉用钢力学性能能达到屈服强度>1200MPa，抗拉强度>1300MPa，延伸率≥14％，断面收缩率>45％，V口室温冲击功≥80J，V口低温(

【技术实现步骤摘要】
一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，属于钢铁材料热处理领域。

技术介绍

[0002]铁路交通作为我国重要的交通运输形式，铁路道岔辙叉是轨道变道的关键器材，而心轨是铁路道岔辙叉的关键部件，其力学性能稳定性与铁路运输安全息息相关。近年来，国内外研究发现，贝氏体钢具有优异的综合力学性能，且更易于与高碳钢进行焊接，其在辙叉心轨上的应用前景引起了大家的广泛关注。贝氏体钢主要通过添加Si、Mn、Cr、Mo、Ni等化学元素来保证材料的强度和韧性，并通常采用风冷工艺来获得贝氏体和少量奥氏体组织。在连续冷却相变过程，钢的显微组织中的相组成及含量、显微组织结构特征必将受到冷却终冷温度的影响。一般认为材料完全奥氏体均匀化后快速冷却而不回火，则不会发生析出相析出。但是，当材料冷却至较高温度然后空冷至室温，其工艺过程与回火过程几乎有相同的效果。所以，该过程对于贝氏体钢来讲，残余奥氏体中的碳配分以及碳化物的析出均有可能发生，材料的力学性能差异受到了冷却过程终冷温度的影响。当连续相变过程在基体中形成大量的碳化物时，增加了贝氏体与碳化物之间变形不相容性，从而裂纹易起源于其相界面并沿界面传播，降低其塑性和韧性。当相变终冷温度控制不当，还会造成残余奥氏体碳配分的差异，从而造成残余奥氏体的稳定性不同，最终造成力学性能无法实现最优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，在特定钢化学成分基础上，根据材料的冷却相变规律，提出了力学性能最优化的热处理方法，有效的改善了铁路辙叉用钢的综合力学性能。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、将冶炼的铸锭进行锻造，锻造后的方坯空冷至室温；
[0007]步骤二、对锻造后的方坯进行第一次奥氏体化处理：处理温度为1000～1100℃，保温时间依据方坯横截面尺寸而定；当方坯对角线长在80～200mm范围时，保温时间为1～3小时，随后空冷至室温；
[0008]步骤三、对锻造后的方坯进行第二次奥氏体化处理：处理温度为900～950℃，保温时间依据方坯横截面尺寸而定；当方坯对角线长在80～200mm范围时，保温时间为1～4小时，随后出炉控制冷速为0.5～1.5℃/s冷却至325～335℃，然后再空冷至室温。
[0009]所述的提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，步骤三中，出炉控制冷速方式依据方坯横截面尺寸而定：当方坯对角线长在80～200mm时，采用风冷方式冷却。
[0010]所述的提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，按重量百分比计，高强韧钢的化学成分为：
[0011]C：0.23～0.28％，Si：1.74～1.78％，Mn：1.69～1.85％，Cr：1.26～1.35％，Ni：0.45～0.65％，Cu：0.06～0.09％，Mo：0.37～0.41％，Sn：＜0.0073％，Sb：＜0.0063％，Ti：＜0.009％，N：≤0.05％，Nb：≤0.002％，V：≤0.015％，Al：≤0.015％，P：≤0.013％，S：＜0.005％，As：＜0.007％，余量为铁。
[0012]所述的提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，热处理后的组织为贝氏体和奥氏体双相组织，其中奥氏体的体积含量为10～15％。
[0013]所述的提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，热处理后的高强韧钢力学性能达到：屈服强度>1200MPa，抗拉强度>1300MPa，延伸率≥14％，断面收缩率>45％，V口室温冲击功≥80J，V口低温(
‑
40℃)冲击功>35J。
[0014]本专利技术的设计思想为：
[0015]本专利技术在选定高强韧钢的成分基础上，通过特定的热处理方法获得以贝氏体组织为基体，并含有少量奥氏体的双相组织，同时利用贝氏体的高强度和残余奥氏体的韧性，从而达到最优的综合力学性能。
[0016]材料中的相比例，奥氏体的稳定性以及析出行为是控制其性能的关键。由于冷却过程为连续相变过程，实际生产工艺条件下不同坯料尺寸在相同环境下冷却，得到的冷速可能不同，所以针对不同坯料尺寸进行不同的冷却方式对于其力学性能的影响就变得尤为重要。
[0017]冷却终冷温度控制着贝氏体相变的完全性，控制着奥氏体含量，以及控制着冷却过程碳配分过程，影响着奥氏体的稳定性。
[0018]冷却终冷温度还控制着贝氏体的形貌特征，贝氏体中的位错密度，以及贝氏体中的析出相。
[0019]本专利技术的优点及有益效果是：
[0020](1)本专利技术的热处理工艺流程简单，易于实现工业生产；
[0021](2)本专利技术可以有效提升铁路辙叉用钢的综合力学性能：屈服强度>1200MPa，抗拉强度>1300MPa，延伸率≥14％，断面收缩率>45％，V口室温冲击功≥80J，V口低温(
‑
40℃)冲击功>35J。
附图说明
[0022]图1为实施例1的背散射电子衍射(EBSD)图像。
具体实施方式
[0023]为了更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对本专利技术提出的一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法给予详细说明。
[0024]实施例
[0025]按重量百分比计，铁路辙叉用高强韧钢的化学成分为：C：0.26％，Si：1.76，Mn：1.71％，Cr：1.31％，Ni：0.49％，Cu：0.08％，Mo：0.39％，Sn：0.0072％，Sb：0.0062％，Ti：0.008％，N：0.0074％，Nb：0.0015％，V：0.012％，Al：0.0105％，P：0.012％，S：0.004％，As：0.0052％，余量为铁。
[0026]铁路辙叉用高强韧钢的热处理包括如下步骤：
[0027]步骤一、采用电弧炉冶炼铸锭，随后进行锻造，锻造成不同尺寸规格的方坯，空冷至室温；
[0028]步骤二、对锻造后的方坯进行第一次奥氏体化处理；
[0029]步骤三、对锻造后的方坯进行第二次奥氏体化处理；
[0030]实施例1至5的具体热处理方法见表1。
[0031]表1实施例的热处理制度
[0032][0033]对实施例进行力学性能测试，结果如表2所示。
[0034]表2实施例的力学性能
[0035] 屈服强度MPa抗拉强度MPa延伸率％断面收缩率％室温冲击功J
‑
40℃冲击功J实施例11246133514.448.28438实施例21252134614.045.68036实施例31098118016.050.2602本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将冶炼的铸锭进行锻造，锻造后的方坯空冷至室温；步骤二、对锻造后的方坯进行第一次奥氏体化处理：处理温度为1000～1100℃，保温时间依据方坯横截面尺寸而定；当方坯对角线长在80～200mm范围时，保温时间为1～3小时，随后空冷至室温；步骤三、对锻造后的方坯进行第二次奥氏体化处理：处理温度为900～950℃，保温时间依据方坯横截面尺寸而定；当方坯对角线长在80～200mm范围时，保温时间为1～4小时，随后出炉控制冷速为0.5～1.5℃/s冷却至325～335℃，然后再空冷至室温。2.按照权利要求1所述的提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，其特征在于，步骤三中，出炉控制冷速方式依据方坯横截面尺寸而定：当方坯对角线长在80～200mm时，采用风冷方式冷却。3.按照权利要求1所述的提高铁路辙叉用高强韧钢力学性能的热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，高强韧钢的化学成分为：C：0.23～0.28％，Si：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：严伟，涂兴洋，史显波，王威，李艳芬，单以银，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：