一種過共析鋼軌及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種過共析鋼軌及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，對鋼軌的服役性能提出了更高要求，特別是貨運鐵路和重 載專線，隨著軸重、行車密度和通過總重的不斷提高，鋼軌的服役環(huán)境近乎苛刻；其中小半 徑曲線路段更成為重災(zāi)區(qū)，鋼軌磨耗嚴重，部分鋼軌甚至上道不足一年就需更換下道，嚴重 制約鐵路的運輸效率，鐵路部門迫切需要更高性能的鋼軌產(chǎn)品。與此同時，在沿海地區(qū)及潮 濕的隧道內(nèi)，鋼軌還面臨腐蝕過快的問題。鋼軌軌底與墊片及道床的相互作用導(dǎo)致軌底形 成點狀或塊狀腐蝕坑，在車輪反復(fù)應(yīng)力作用下，將向軌腰及軌頭部位快速擴展，從而導(dǎo)致鋼 軌斷裂失效，危及行車安全。因此，鐵路長壽化和低維護發(fā)展趨勢要求鋼軌需同時具有耐磨 損、耐接觸疲勞、耐腐蝕、耐脆斷等多重性能。研究表明，提高鋼軌的耐腐蝕性能通常有以下 三種方法：一是表層涂覆耐腐蝕液態(tài)材料，通過在鋼軌表層人為覆蓋一層與基體隔離的薄 膜，避免鋼軌基體與空氣或其它介質(zhì)接觸，提高鋼軌耐腐蝕性能；二是通過犧牲陽極提高鋼 軌的耐腐蝕性能；三是通過向普通碳素軌中添加 Cu、Cr、Ni等耐腐蝕元素，提高鋼軌基體的 耐腐蝕性能。目前對第三種方式的研究更為迫切，CN101818312A公開了一種具有優(yōu)良強韌 性能抗疲勞性能和耐磨性能耐蝕重軌鋼，基本合金體系中合金元素的重量百分含量為：C : 0· 55%~0· 72%、Si :0· 35%~L 1%、Μη :0· 7 ~I. 40%、Cr :0· 2%~0· 65%、Cu :0· 2%~ 0. 65 %，余量為Fe，在上述基本成分基礎(chǔ)上，同時添加一種或幾種微合金元素 Nb、V、Ti、Ni、 1〇，其中他：0.01%~0.055%、￥:0.05%~0.10%、11:0.001%~0.05% ;附：0.1%~ 0. 3%、Mo :0. 15%~0. 3%。該專利申請針對的低碳或超低碳鋼的強韌性能抗疲勞性能和 耐磨性能耐蝕的提高問題，例如抗拉強度在IlOOMPa左右，腐蝕率在2g/m 2 · h左右，其難以 滿足大軸重、大運量重載鐵路運輸需求，且并不適用于鋼軌等高碳鋼的性能提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供適用于作為高碳鋼的鋼軌的元素組成且能夠獲得優(yōu)良的 耐腐蝕性能的過共析鋼軌及其制備方法。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種過共析鋼軌的制備方法，該方法包括：
[0005] 將保溫處理后的鋼坯進行乳制得到鋼軌，待軌頭表層溫度自然冷卻至750-850°C 后，采用冷卻介質(zhì)進行第一冷卻階段以將軌頭表層溫度降至350_550°C，然后采用空冷的方 式進行第二冷卻階段以將軌頭表層溫度降至15-40°C，其中，
[0006] 所述鋼坯的組成為：0. 86-1. 05重量％的C、0. 3-1重量％的Si、0. 5-1. 3重量％的 Μη、(λ 15-0. 35 重量％ 的 Cr、0. 3-0. 5 重量％ 的 Cu、0. 02-0. 04 重量％ P、含量為 0· 02 重量％ 以下的S和含量為Cu的1/2-2/3的Ni，并含有V、Nb和Re中的至少一種，余量為Fe和不 可避免的雜質(zhì)；其中，在滿足含有V、Nb和Re中的至少一種的情況下，V的含量為0%或者 0.04-0. 12重量％，Nb的含量為0%或者0.02-0. 06重量％，Re的含量為0-0. 05重量％。
[0007] 本發(fā)明還提供了由上述方法制得的過共析鋼軌。
[0008] 通過采用本發(fā)明的過共析鋼軌的制備方法，能夠?qū)⒕哂斜景l(fā)明的特定組成的高碳 鋼坯制成具有優(yōu)良耐腐蝕性且拉伸性能較好的過共析鋼軌，例如在〇. 〇5mol/L的似批03溶 液中的腐蝕速率為I. 48g/m2 *h以下，在2重量％的NaCl溶液中的腐蝕速率為lg/m2 *h以 下，且抗拉強度能夠達到1350MPa以上，延伸率在9%以上，特別是可以得到顯微組織結(jié)構(gòu) 為珠光體+微量二次滲碳體的過共析鋼軌。
[0009] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0010] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0011] 本發(fā)明提供一種過共析鋼軌的制備方法，該方法包括：
[0012] 將保溫處理后的鋼坯進行乳制得到鋼軌，待軌頭表層溫度自然冷卻至750-850°C 后，采用冷卻介質(zhì)進行第一冷卻階段以將軌頭表層溫度降至350-550°C，然后采用空冷的方 式進行第二冷卻階段以將軌頭表層溫度降至15-40°C，其中，
[0013] 所述鋼坯的組成為：0. 86-1. 05重量％的C、0. 3-1重量％的Si、0. 5-1. 3重量％的 Μη、(λ 15-0. 35 重量％ 的 Cr、0. 3-0. 5 重量％ 的 Cu、0. 02-0. 04 重量％ P、含量為 0· 02 重量％ 以下的S和含量為Cu的1/2-2/3的Ni，并含有V、Nb和Re中的至少一種，余量為Fe和不 可避免的雜質(zhì)；其中，在滿足含有V、Nb和Re中的至少一種的情況下，V的含量為0%或者 0.04-0. 12重量％，Nb的含量為0%或者0.02-0. 06重量％，Re的含量為0-0. 05重量％。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當將所述鋼坯的成分含量控制在上述組成范 圍內(nèi)，可以通過采用本發(fā)明的方法中的冷卻方式獲得優(yōu)良耐腐蝕性且拉伸性能較好的過共 析鋼軌。其中，優(yōu)選地，所述鋼坯中，C的含量為0.9-1. 05重量％，Si的含量為0.4-1重 量％，Mn的含量為0. 8-1. 3重量％，P的含量為0. 025-0. 04重量％。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋼坯中含有V、Nb和Re中的至少一種，優(yōu)選含有V、Nb和Re中 的一種，當所述鋼坯中含有V、Nb和Re中的一種時，所述鋼坯含有0. 04-0. 12重量％的V， 或者所述鋼坯含有〇. 02-0. 06重量％的Nb，或者所述鋼坯含有0. 01-0. 05重量％重量％的 Re0
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，上述組成的鋼坯可以通過本領(lǐng)域的常規(guī)方法獲得，例如采用轉(zhuǎn)爐或 電爐冶煉含上述成分的鋼水，經(jīng)爐外精煉、真空脫氣處理，連鑄為大方坯，然后將該大方坯 送入加熱爐中加熱保溫，便可獲得本發(fā)明的保溫處理后的鋼坯，具體的過程在此不再贅述。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，所述保溫處理可以將鋼坯加熱至適于乳制的溫度，例如可以通過保 溫處理將鋼坯加熱至1200-1300°C，對所述保溫處理并沒有特別限定，只要能夠達到這樣的 溫度即可，優(yōu)選地，所述保溫處理的條件包括：溫度為1200-1300°C，時間為2-4h。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，可以采用孔型法或萬能法將所述保溫處理后的鋼坯乳制得到鋼軌， 即可進行隨后的冷卻過程，對所述乳制的條件并沒有特別的限定，只要能夠獲得所需鋼軌 即可，例如將鋼坯乳制成單重為60-75kg/m的鋼軌。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，上述乳制后，鋼軌的溫度有所降低，例如當采用溫度為1200-1300°c 的保溫處理后的鋼坯進行乳制后，可以獲得軌頭表層溫度為900-1000°C的鋼軌。通過自然 冷卻的方式，將這樣的鋼軌的軌頭表層溫度降至750-850°C，然后在進行之后的第一冷卻階 段。其中，如果自然冷卻至高于850°C的溫度時，那么在隨后的第一冷卻階段中，由于軌頭 表層受冷卻介質(zhì)的直接作用，溫度快速降低；相比之下，軌頭心部由于僅受到軌頭表層以及 一定深度內(nèi)熱量傳輸，溫度也將隨之降低但冷速低于軌頭表層，特別是當軌頭表層在相變 過程同時釋放相變潛熱，導(dǎo)致軌頭心部相變過冷度較小，無法實現(xiàn)軌頭斷面性能的均勻統(tǒng) 一；當自然冷卻至低于750°C的溫度時，那么在隨后的第一冷卻階段中，由于軌頭表層在加 速冷卻初期迅速達到相變溫度，由于過冷度較大，易于產(chǎn)生貝氏體、馬氏體等異常組織導(dǎo)致 鋼軌判廢。因此本發(fā)明中鋼軌的先自然冷卻將軌頭表層溫度降至750°C -850°C，優(yōu)選降至 780-850 °C，更優(yōu)選至 800-840 °C。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，所述第一冷卻階段是通過施用冷卻介質(zhì)優(yōu)選以1_5°C /s的冷卻速度 使得軌頭表層溫度降至350-550°C的過程，其中，當這里的冷卻速度高于5°C /s時，由于相 變過冷度過大，易形成貝氏體、馬氏體等異常組織而導(dǎo)致鋼軌而導(dǎo)致鋼軌不合格；當這里的 冷卻速度低于1°C /s時，無法使鋼軌獲得冷卻充分的細晶強化效果，從而無法獲得所需的 更尚性能。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，對所述冷卻介質(zhì)的施用方式并無特別的限定，只要能夠獲得本發(fā)明 所需的效果即可，例如所述第一冷卻階段是在所述鋼軌的軌頭頂面和側(cè)面施加冷卻介質(zhì)。 其中，所述冷卻介質(zhì)優(yōu)選為壓縮空氣和/或水霧混和氣。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，所述第一冷卻階段將軌頭表層溫度降至350-550°C，降至這樣的溫 度的原因是：當所述第一冷卻階段將軌頭表層溫度降至高于550°C時，此時軌頭心部的相 變尚未完全結(jié)束，如此時停止加速冷卻，將使軌頭心部獲得粗大的珠光體顯微組織以及大 量沿晶界分布的二次滲碳體；當所述第一冷卻階段將軌頭表層溫度降至低于350°C時，此 前軌頭全斷面相變已完