CN101613830A - 一种热轧贝氏体钢轨及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热轧贝氏体钢轨及生产工艺，化学成分为(重量％)，C：0.10％～0.35％，Si：0.80％～2.00％，Mn：0.80％～3.30％，Cr：＜2.00％，N：0.0010％～0.0100％，复合加入Nb：0.01％～0.10％，V：0.02％～0.2％，Ti：0.005％～0.06％，Mo：0.10％～0.40％，控制H含量小于0.00005％，其余为Fe及不可避免的杂质。工艺特点为，钢轨粗轧采用孔型法，精轧采用万能法，精轧时相邻道次的轧制间隔时间控制在5秒以上，不超过35秒，轧后空气中自然冷却至室温，本发明限制了M－A岛中及板条状贝氏铁素体之间的残余奥氏体的尺寸，板条贝氏铁素体所占比例在75％以上，延伸率等性能综合指标提高，本发明还也可以应用到道岔用贝氏体钢轨及贝氏体AT轨上。
Description
技术领域
本发明是属于铁路钢轨的生产技术领域，特别涉及一种含贝氏体组织的钢轨及生产工艺。
背景技术
贝氏体钢轨合金成本较高，此外由于钢轨回火的生产技术在现有生产线上不宜实现且影响生产效率而限制了贝氏体钢轨的大量采用及发展。
如文献(The Development of Bainitic Steel for Special RailwaySystem Requirements，39TH MWSP CONF PROC，ISS，VOL XXXV，1998-1015)的介绍表明：其研究的贝氏体钢轨中Mo含量高达0.8％，并且需要在550℃回火。
其他文献诸如“高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢及制造方法”(专利号：98112095.4)、“中低碳锰系贝氏体钢”(申请号03150092.7)、“改进的无碳化物贝氏体钢及其生产方法”(专利号96192013.0)等所介绍的钢轨不仅需要回火且都未对组织形态进行描述，实际上，在上述文献所设计的化学成分范围内，贝氏体组织形态千差万别，不同的组织形态会使贝氏体钢轨具有不同的的强韧性水平，如果产生不利的组织形态：大块M-A岛(约10μm)，板条贝氏铁素体所占比例较低，在30％左右，致使板条状残余奥氏体很少，残余奥氏体大多在M-A岛中存在，很容易诱发马氏体相变，由于残余奥氏体的不稳定性使钢轨对氢及非金属夹杂更敏感，会使钢轨性能不稳定，延伸率偏低，甚至导致钢轨使用的安全性下降。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明公开一种热轧贝氏体钢轨及其生产工艺，其目的在于提高板条贝氏铁素体所占比例，提高残余奥氏体稳定性，提高延伸率，降低生产成本。
本发明的目的是这样实现的，该钢轨化学成分为(重量百分比)
C：0.10％～0.35％，Si：0.80％～2.00％，Mn：0.80％～3.30％，Cr：＜2.00％，N：0.0010％～0.0100％，此外复合加入Nb：0.01％～0.10％，V：0.02％～0.20％，Ti：0.005％～0.060％；Mo含量为0.10％～0.40％；控制H含量小于0.00005％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明的化学成分还可以适量加入B，B：0.0005％～0.0035％。
本发明钢轨的生产工艺为：连铸方坯加热到1200～1360℃，经孔型或万能法轧制成钢轨，粗轧采用孔型法，轧制温度为1230～1020℃；精轧时采用万能法，轧制温度为1120～850℃，精轧时相邻道次的轧制间隔时间控制在5秒以上，不超过35秒，轧制过程中不必采取控冷措施，轧后在空气中自然冷却至室温。
本发明在无碳化物贝氏体成分设计的基础上，复合加入Nb、V、Ti等微合金元素，使钢轨在轧制温度范围内均能够析出一定Nb、V、Ti的碳氮化物，这种Nb、V、Ti的碳氮化物足以抑制钢轨轧制时奥氏体再结晶晶粒的长大，同时以碳氮化物作为贝氏体相变形核质点，增加形核数量，可以尽可能多地产生板条贝氏铁素体，使更多的残余奥氏体板条化，限制M-A岛的尺寸(也是限制其中残余奥氏体的尺寸)及所占的比例，可以使Mo含量降至0.40％以下，降低合金成本。
本发明适当的加入B，其目的是为了抑制先析铁素体析出，细化晶粒，进一步提高钢的强度。
由于本发明采用复合式的方法加入Nb、V、Ti或适量加入B，轧制时，道次间采用时间间隔的方法轧制，不加控冷，轧后不必进行回火，钢轨的性能得到保证，使其节省工序和成本。
本发明控制精轧道次间隔时间不少于5秒，是为了保证抑制贝氏体精细组织粗大的足够数量微合金碳氮化合物的析出；控制精轧道次间隔时间不超过35秒，是为了防止微合金碳氮化合物的尺寸过分粗化，而不法达到抑制组织粗大的目的。
本发明新产品透射电镜观察及定量分析表明，上述方案可以控制M-A岛(Martensite-Austenite island)的最大尺寸≤5μm，平均尺寸≤3μm，按相对于所有组织的平均面积比率计算，板条贝氏铁素体所占比例在75％以上，所称板条贝氏铁素体是指平均轴比(长轴/短轴)为4以上的板条贝氏铁素体，限制了M-A岛中及板条状贝氏铁素体之间的残余奥氏体的尺寸，还可以进一步优化M-A岛的平均尺寸小于1.5μm；从而提高其稳定性，由于残余奥氏体稳定性的提高使钢对应变及氢不十分敏感，延伸率等性能综合指标提高，如表1所示，当氢含量都为0.00005％时，未进行微合金化的贝氏体钢轨的延伸率等综合指标明显比微合金化的贝氏体钢轨低，该技术方案也可以应用到道岔用贝氏体钢轨及贝氏体AT轨上。
具体实施方式
本发明化学成分包括，按重量百分比计，C：0.10％～0.35％，Si：0.80％～2.00％，Mn：0.80％～3.30％，Cr：＜2.00％，N：0.0010％～0.0100％；此外复合加入Nb：0.01％～0.10％，V：0.02％～0.20％，Ti：0.005％～0.060％，Mo：0.10％～0.40％；控制H含量小于0.00005％，其余为铁及不可避免的杂质。
为了进一步细化晶粒，还可以加入B：0.0005％～0.0035％。
上述化学成分的钢，轧制钢轨时，其工艺特点是，连铸方坯加热到1200～1360℃，轧制成钢轨，随轧制道次的增加，轧制温度逐渐降低，粗轧时采用孔型法，粗轧轧制温度为1230～1020℃；精轧时采用万能法，轧制温度为1120～850℃，精轧时相邻两道次的轧制间隔时间控制在5秒以上，不超过35秒，轧制过程中不必采取控冷措施，轧后在空气中自然冷却至室温。
表1：组织及力学性能的比较
表2为本发明化学成分的几个具体实施例。
表2：最佳实施例化学成分
Claims (3)
1、一种热轧贝氏体钢轨，其特征在于，按重量百分比计，化学成分为：C：0.10％～0.35％，Si：0.80％～2.00％，Mn：0.80％～3.30％，Cr：＜2.00％，N：0.0010％～0.0100％，复合加入Nb：0.01％～0.10％，V：0.02％～0.20％，Ti：0.005％～0.060％，Mo：0.10％～0.40％，H≤0.00005％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2、根据权利要求1所述的一种热轧贝氏体钢轨，其特征在于，其化学成分中加入B，加入量为B：0.0005％～0.0035％。
3、一种如权利要求1或2所述的热轧贝氏体钢轨的生产工艺：其特征在于，采用其化学成分的连铸方坯加热到1200～1360℃，粗轧时采用孔型法，轧制温度为1230～1020℃，精轧时采用万能法，轧制温度为1120～850℃，精轧时相邻两道次的轧制间隔时间控制在5秒以上，不超过35秒，轧后在空气中自然冷却至室温。
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