專利名稱：曲線和重載鋼軌用貝氏體鋼和貝氏體鋼軌及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金、機(jī)械制造領(lǐng)域，具體來說是曲線和重載線路用貝氏體鋼軌。
背景技術(shù)：
隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)向高速、重載方向的不斷發(fā)展，對鋼軌及道岔的性能也相應(yīng)提 出了越來越高的要求。鐵路作為運(yùn)輸?shù)拇髣用}，在我國，鐵路里程的增長不能滿足經(jīng)濟(jì)高速 增長的需求，因此需要提高列車速度和增加載重來提高運(yùn)力，致使現(xiàn)有鐵軌由于超負(fù)荷的 運(yùn)力導(dǎo)致?lián)Q軌頻繁，線路檢查負(fù)擔(dān)加劇，尤其在曲線、重載線路中，有的鋼軌使用僅半年就 因磨損加劇而換掉，不但造成了資源的巨大浪費(fèi)，而且影響了鐵路正常運(yùn)輸。目前，國內(nèi)外鋼軌的用材基本上是珠光體鋼，提高其性能主要是通過合金化或表 面淬火手段，可將其強(qiáng)度提高至1150-1250MPa。理論和實踐證明，這一強(qiáng)度指標(biāo)已接近珠光 體鋼的極限，更為重要的是，無法從根本上解決沖擊韌性偏低(約8J/cm2或更低)的問題。 目前我國鋼軌生產(chǎn)鋼種主要有880MPa級的U71Mn和980MPa級的U75V 二種，其軌腰沖擊韌 性值低于8J/cm2。為了提高鋼軌的耐磨性，還將一部分鋼軌進(jìn)行軌頭熱處理(欠速淬火) 使用。一方面鋼軌品種短缺，另一方面其使用壽命短，是致使換軌頻繁的內(nèi)在原因。這就迫 使鋼軌工作者去研究、開發(fā)新的替代鋼種，以改變這種狀況。眾所周知，鋼的珠光體組織強(qiáng)度低、韌性好(與馬氏體相比)，馬氏體組織強(qiáng)度高 韌性低，易脆斷，而貝氏體組織由于其轉(zhuǎn)變溫度介于珠光體和馬氏體之間，金相為復(fù)相組 織，具有良好的強(qiáng)韌性。因此貝氏體鋼軌的使用性能極佳，其較高的強(qiáng)度增強(qiáng)了鋼軌的耐磨 性，從而會使鋼軌的使用壽命大大提高。因此，貝氏體在鋼軌上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。公告號為CN1251826C的中國專利文獻(xiàn)公開了由本申請人申請的一種“貝氏體 電渣熔鑄復(fù)合轍叉心軌”，用于鐵路道岔上，是以貝氏體鋼作為叉心，所用貝氏體鋼主要合 金元素為Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余為Fe，各元素含量為0. 15-1.4% C、0. 40-2. 10 % SiU. 5-2. 5 % Μη、0· 5-2. 5 % Cr、1· 00-2. 00 % Ni、0. 20-0. 80 % Mo, V <0. 10%，Nd <0. 10%，P < 0.035%，S <0.01%。經(jīng)過加熱至 820_950°C，保溫 1-4 小時， 出爐冷卻到室溫，然后在200-400°C回火處理，保溫3-6小時。其抗拉強(qiáng)度可大于1320MPa， 延伸率大于9%，室溫沖擊韌性大于75J/cm2，硬度HRC38-45。這種貝氏體電渣熔鑄復(fù)合轍 叉心軌作為道岔使用，提高了道岔的使用壽命，降低了維修工作量。在京包、石太、大秦線上 使用之后取得了良好效果，其使用壽命較目前的道岔提高3倍以上，深受鐵路部門的歡迎。曲線處鋼軌的受力情況與道岔不同，由于在曲線處鋼軌會受到離心力的作用，除 了正常的磨損之外，還會在軌頭內(nèi)部產(chǎn)生核傷而經(jīng)常發(fā)生斷軌現(xiàn)象。同樣，曲線超高的影響 以及重載運(yùn)輸時重載的影響也會導(dǎo)致鋼軌產(chǎn)生局部破壞，造成曲線鋼軌和重載鋼軌的壽命 較短。因此，迫切需要一種強(qiáng)度高、延伸性能好、沖擊韌性和硬度高等整體綜合性能好的鋼 軌。而且要考慮到成本，希望盡量降低價格較高的元素的含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種曲線和重載鋼軌用貝氏體鋼。本發(fā)明提供的曲線和重載鋼軌用貝氏體鋼，其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量 為C 0. 16-0. 25，Si 0. 70-1. 20，Mn 2. 10-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 2，Mo 0. 15-0. 40，Ni 0-0. 7，其余為 Fe 和雜質(zhì)。一種優(yōu)選的貝氏體鋼的實施例是，其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C 0. 18-0. 25, Si 0. 80-1. 20,Mn 2. 20-2. 40, P ^ 0. 025, S^O. 015, Cr 0. 8-1. 2, Ni 0.3-0.5， Mo 0. 15-0. 25，其余為Fe和雜質(zhì)。另一種優(yōu)選的貝氏體鋼的實施例是，其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為 C 0. 18-0. 25，Si 0. 80-1. 20，Mn 2. 20-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 0，Mo 0. 15-0. 25，其余為Fe和雜質(zhì)。還有一種優(yōu)選的貝氏體鋼的實施例是，其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C 0. 16-0. 22, Si 0. 70-0. 90,Mn 2. 10-2. 40, P ^ 0. 025, S^O. 015, Cr 0. 8_1.0，Ni 0.5-0.7，
Mo 0. 3-0. 4，其余為Fe和雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種曲線和重載貝氏體鋼軌，是將貝氏體鋼依次通過連鑄和熱 軋，并經(jīng)過整體熱處理得到的鋼軌；熱處理是先加熱到880-920°C并保溫1-3小時，然后以 13-16°C /分鐘的速度風(fēng)冷冷卻到350-300°C，再自然冷卻到室溫；最后經(jīng)200-350°C保溫 4-8小時進(jìn)行時效處理；所用貝氏體鋼含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為⑶.16-0. 25，Si 0. 70-1. 20, Mn 2. 10-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 2，Mo 0. 15-0. 40，Ni 0-0. 7，其余為 Fe 和雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種曲線用貝氏鐵鋼軌的的生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下過 程(1)冶煉經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉_鋼包精煉-真空處理-連鑄，得到含有下述重量百分含 量化學(xué)元素的鋼坯 C 0. 16-0. 25，Si 0. 70-1. 20，Μη2· 10-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 2，Mo 0. 15-0. 40，Ni 0-0. 7，其余為 Fe 和雜質(zhì)；(2)熱軋鋼坯經(jīng)過熱軋，得到熱軋貝氏體鋼軌；(3)熱處理熱軋后的鋼軌進(jìn)行整體熱處理，熱處理是先加熱到880-920°C并保溫 1-3小時，然后以10-20°C /分鐘的速度風(fēng)冷冷卻到350-300°C，再自然冷卻到室溫，最后經(jīng) 200-350°C保溫4-8小時進(jìn)行時效處理。所述步驟(1)中連鑄過程中拉速為0. 6-0. 7m/min,電磁攪拌參數(shù)為580A/1. 8Hz。所述熱處理過程加熱時采用臥式中頻加熱爐。所述熱處理時的風(fēng)冷是冷卻到350°C。所述時效處理采用電阻爐。本發(fā)明的曲線鋼軌用貝氏體鋼，其抗拉強(qiáng)度1200_1300MPa ；延伸率彡10% ；常溫 沖擊韌性彡30J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-20°C )彡20J/cm2 ；布氏硬度彡350HB。經(jīng)過熱處理 后的鋼軌，其抗拉強(qiáng)度1300-1500MPa ；延伸率彡10% ；常溫沖擊韌性彡75J/cm2 ；低溫沖擊 韌性(-40°C)彡40J/cm2;布氏硬度彡380HB。本發(fā)明的貝氏體鋼及鋼軌，降低了昂貴的Ni 含量，Si的含量也降低，同時調(diào)整了其他元素用量并通過嚴(yán)格控制元素用量，在降低產(chǎn)品成 本同時又實現(xiàn)了保持較高的抗拉強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性和硬度，并且經(jīng)過熱處理后，鋼軌的抗拉強(qiáng)度、延伸率和軌腰處沖擊韌性以及硬度四個指標(biāo)，均較好，材料均勻性能好，特別 適合作曲線鋼軌使用，較高的強(qiáng)度和硬度不但耐磨，理想的抗沖擊韌性和伸縮率抵御了鋼 軌內(nèi)部核傷的產(chǎn)生，從而使曲線和重載鋼軌的使用壽命能夠大大提高。另外熱處理過程也 比CN1251826C的中國專利文獻(xiàn)要簡單，使生產(chǎn)成本也得到降低。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實施例1貝氏體鋼1將原料經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉_鋼包精煉_真空處理_連鑄，獲得鋼坯，鋼坯的化學(xué)成份為及其重量百分含量為C 0. 18-0. 25，SiO. 80-1. 20，Mn 2. 20-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 8-1. 2，Ni 0. 3-0. 5，Mo 0. 15-0. 25，其余為 Fe 和雜質(zhì)。轉(zhuǎn)爐冶煉工序工藝參數(shù)控制目標(biāo)C < 0. 08% ;P < 0.010% ；S < 0. 030 % ； T 彡 1640"C。對鐵水的要求，冶煉貝氏體鋼的鐵水應(yīng)達(dá)到P < 0. 15 % ;S < 0. 025 % ； T 彡 1250°C。真空處理工序真空處理工藝參數(shù)控制目標(biāo)真空度< 0. 08KPa ；深真空時間彡15 分鐘；軟吹時間> 8分鐘。氣體控制:H < 2. 5ρ· p. m ；0 < 25ρ· p. m。連鑄工序坯型為280mmX 380mm，連鑄時拉速為0. 6-0. 7m/min,電磁攪拌參數(shù)為 580A/1. 8Hz。實施例2貝氏體鋼軌1將實施例1制得的鋼坯熱軋制成鋼軌，鋼坯加熱溫度1200-1250°C ；開軋溫度 1180-1200°C ；終軋溫度:880-920°Co鋼軌軌型50kg/m，60kg/m，68kg/m，75kg/m。尺寸公差、平直度執(zhí)行TB/ T2344-2003 標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過熱軋后貝氏體鋼軌性能抗拉強(qiáng)度1200_1300MPa ；延伸率彡10% ；常溫沖擊 韌性≥30J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-20°C )≥20J/cm2 ；布氏硬度彡350HB。熱軋鋼軌再經(jīng)過熱處理，工藝為采用臥式中頻加熱爐，加熱溫度880-920°C ；保 溫時間1_3小時；冷卻工藝從920-400°C采用風(fēng)冷，冷速；13-16°C/分鐘，從350°C至室溫 采用空冷自然冷卻降溫，最后經(jīng)200-35(TC保溫4-8小時進(jìn)行時效處理；得到能夠用于曲線 和重載鐵路的貝氏體鋼軌。熱處理后的鋼軌性能為其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1300_1500MPa ；延伸率≥10% ；常溫 沖擊韌性≥75J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-40°C )≥40J/cm2 ；布氏硬度彡390HB。實施例3貝氏體鋼2與實施例1不同的是貝氏體鋼中含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為 C 0. 18-0. 25，Si 0. 80-1. 20，Mn 2. 20-2. 40，P ≤0. 025，S ≤ 0. 015，Cr 0. 6-1. 0，Mo 0. 15-0. 25，其余為Fe和雜質(zhì)。實施例4貝氏體鋼軌2
將實施例3制得的鋼坯熱軋制成鋼軌，其工藝同實施例2經(jīng)過熱軋后貝氏體鋼軌性能抗拉強(qiáng)度1200_1300MPa ；延伸率彡10% ；常溫沖擊 韌性彡30J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-20°C ) 20J/cm2 ；布氏硬度彡350HB。熱軋鋼軌再經(jīng)過熱處理，其熱處理工藝同實施例2，得到能夠用于曲線和重載鐵路 的貝氏體鋼軌。熱處理后的鋼軌性能為；其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1300-1500MPa ；延伸率彡10% ；常溫 沖擊韌性彡75J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-40°C )彡40J/cm2 ；布氏硬度彡390HB。實施例5貝氏體鋼3與實施例1不同的是貝氏體鋼中含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C 0. 16-0. 22, Si 0. 70-0. 90,Mn 2. 10-2. 40, P ^ 0. 025, S^O. 015, Cr 0. 8_1.0，Ni 0.5-0.7， Mo 0. 3-0. 4，其余為Fe和雜質(zhì)。實施例6貝氏體鋼軌3將實施例3制得的鋼坯熱軋制成鋼軌，其工藝同實施例2經(jīng)過熱軋后貝氏體鋼軌性能抗拉強(qiáng)度1200_1300MPa ；延伸率彡10% ；常溫沖擊 韌性彡30J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-20°C )彡20J/cm2 ；布氏硬度彡350HB。熱軋鋼軌再經(jīng)過熱處理，其工藝同實施例2，得到能夠用于曲線和重載鐵路的貝氏 體鋼軌。熱處理后的鋼軌性能為；其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1300_1500MPa ；延伸率彡10% ；常溫 沖擊韌性彡75J/cm2 ；低溫沖擊韌性(-40°C )彡40J/cm2 ；布氏硬度彡390HB。
權(quán)利要求
一種曲線和重載鋼軌用貝氏體鋼，其特征是其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C 0.16 0.25，Si 0.70 1.20，Mn 2.10 2.40，P≤0.025，S≤0.015，Cr 0.6 1.2，Mo 0.15 0.40，Ni 0 0.7，其余為Fe和雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的貝氏體鋼，其特征是其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C 0. 18-0. 25, Si 0. 80-1. 20,Mn 2. 20-2. 40, P ^ 0. 025, S ^ 0. 015, Cr 0. 8_1.2，Ni 0.3-0.5， Mo 0. 15-0. 25，其余為Fe和雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的貝氏體鋼，其特征是其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量 為C 0. 18-0. 25，Si 0. 80-1. 20，Mn 2. 20-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 0，Mo 0. 15-0. 25，其余為Fe和雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的貝氏體鋼，其特征是其含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C 0. 16-0. 22, Si 0. 70-0. 90,Mn 2. 10-2. 40, P ^ 0. 025, S ^ 0. 015, Cr 0. 8_1.0，Ni 0.5-0.7， Mo 0. 3-0. 4，其余為Fe和雜質(zhì)。
5. 一種曲線和重載貝氏體鋼軌，其特征在于是將貝氏體鋼通過連鑄和熱軋，并經(jīng)過整 體熱處理得到的鋼軌；熱處理是先加熱到880-920°C并保溫1-3小時，然后以10-20°C /分 鐘的速度風(fēng)冷冷卻到350-300°C，再自然冷卻到室溫；最后經(jīng)200-350°C保溫4-8小時進(jìn)行 時效處理；所述貝氏體鋼含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C0. 16-0. 25，Si 0. 70-1. 20，Mn 2. 10-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 2，Mo 0. 15-0. 40，Ni 0-0. 7，其余為 Fe 和雜質(zhì)。
6.如權(quán)利要求5所述的鋼軌，其特征是所述貝氏體鋼含有的化學(xué)元素及其重量百分含 量為:C 0. 18-0. 25，Si 0. 80-1. 20，Mn 2. 20-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 8-1. 2，Ni 0. 3-0. 5，Mo 0. 15-0. 25，其余為 Fe 和雜質(zhì)。
7.如權(quán)利要求5所述的鋼軌，其特征是所述貝氏體鋼含有的化學(xué)元素及其重量百分含 量為:C 0. 18-0. 25，Si 0. 80-1. 20，Mn 2. 20-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 6-1. 0，Mo 0. 15-0. 25，其余為Fe和雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求5所述的鋼軌，其特征是所述貝氏體鋼含有的化學(xué)元素及其重量百分含 量為:C 0. 16-0. 22，Si 0. 70-0. 90，Mn 2. 10-2. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cr 0. 8-1. 0，Ni 0. 5-0. 7，Mo 0. 3-0. 4，其余為 Fe 和雜質(zhì)。
9. 一種曲線和重載貝氏體鋼軌的生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下過程(1)冶煉依次經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉-鋼包精煉-真空處理-連鑄，得到含有下述重量百分含 量化學(xué)元素的鋼坯:C 0. 16-0. 25，Si 0. 70-1. 20, Mn 2. 10-2. 40, P ^ 0. 025，S ( 0. 015, Cr 0. 6-1. 2，Mo 0. 15-0. 40，Ni 0-0. 7，其余為 Fe 和雜質(zhì)；(2)熱軋鋼坯經(jīng)過熱軋，得到熱軋貝氏體鋼軌；(3)熱處理熱軋后的鋼軌進(jìn)行整體熱處理，熱處理是先加熱到880-920°C并保溫1-3 小時，然后以10-20°C /分鐘的速度風(fēng)冷冷卻到350-300°C，再自然冷卻到室溫，最后經(jīng) 200-350°C保溫4-8小時進(jìn)行時效處理。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中連鑄過程的拉速為 0. 6-0. 7m/min,電磁攪拌參數(shù)為 580A/1. 8Hz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲線和重載鋼軌用貝氏體鋼和貝氏體鋼軌及其熱處理方法，貝氏體鋼含有的化學(xué)元素及其重量百分含量為C0.16-0.25，Si 0.70-1.20，Mn 2.10-2.40，P≤0.025，S≤0.015，Cr 0.6-1.2，Mo 0.15-0.40，Ni 0-0.7，其余為Fe和雜質(zhì)；經(jīng)過連鑄、熱軋和整體熱處理。可用于曲線和重載線路鋼軌使用，以提高鋼軌使用壽命。
文檔編號C22C38/58GK101921971SQ201010275470
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者張志勇, 張志強(qiáng), 張紅娟, 張綿勝 申請人:北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司