CN102747299A

CN102747299A - 高寒地区铁路辙叉高性能贝氏体耐磨钢及制造方法

Info

Publication number: CN102747299A
Application number: CN2012102547428A
Authority: CN
Inventors: 栾道成; 王正云; 陈宝书; 金应荣; 王艳
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-10-24

Abstract

一种高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢及制造方法，将含有（重量百分比%）C:0.2-0.4，Si:1.0-3.0，Mn:0.5-1.0，Cr:0.5-2.0，Mo:0.2-1.0，Ni:0.2-1.0，RE:0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03以及其V、Ti中的一种或两种元素用电弧或中频或工频电炉冶炼，浇成钢锭，经轧制和锻造或轧制成型后，经正火或退火处理再于200-400℃回火，或锻后于200-400℃回火后的制成铁路辙叉或钢轨、铁路尖轨。铁路产品其最终组织为贝氏体/残余奥氏体，或贝氏体/马氏体复相组织，硬度大于35HRC，强度≥1200MPa，常温冲击强度a_k达到80-120J/cm²，-40℃时达到40-60J/cm²，试件台架实验疲劳寿命大于2×10⁶次。

Description

高寒地区铁路辙叉高性能贝氏体耐磨钢及制造方法

技术领域

本发明属于新材料冶金领域，涉及一种高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢及制造方法。该新型贝氏体耐磨钢可制备具有强度高、韧性好、耐磨性高、使用寿命长的代替传统材料的铁路辙叉或钢轨、铁路尖轨。

背景技术

近年来，我国随着国民经济发展的需要，铁路部门力图增加列车载重负荷和提高列车运行速度，以便增大运输能力，提高铁路运输效率，降低运输成本。这样一来，铁路钢轨、辙叉的使用环境将进一步恶化。为了适应铁路运输事业发展的需要，就要求铁路钢轨、辙叉质量有更进一步的改善。同时高寒地区的铁路钢轨、辙叉更需要高性能、长寿命的新型耐磨材料。目前铁路领域中，生产道岔（辙叉）除采用传统高锰钢（ZGMn13），其特点是韧性高，但因其初始度低，形变硬化能力不足，耐磨差，不耐压，使用寿命短，一般使用寿命为一年左右。为此国内外根据本国资源研制了含有不同合金的耐磨钢轨材料，如国内的鞍山钢铁公司的发明专利ZL85100652A和清华大学的发明专利ZL86103008A高碳耐磨钢轨新材质，虽然耐磨有所提高，仍达不到高速运行铁路道岔所需材质的要求。西北工业大学申请发明专利公开号CN1036231A为一种Si-Mn-Mo系低碳贝氏体钢，含C量低于0.15%，不适用于做耐磨材料产品，特别是铁路道岔。国外，如日本新日本制铁朱式会社在中国申请的发明专利公开号CN1095421A所提到的全金组合及其生产工艺制造的钢轨，对耐磨、抗压、抗疲劳损伤都有所提高，其化学成分比并非最佳。而在现行的铁路系统中，高锰钢（ZGMn13）生产的铁路道岔。当铁路运行提速后，铁路道岔的磨损更加严重，使用寿命更短，进而增大了维修工作量，影响行车安全。

发明专利：ZL98112095.4，本发明针对上诉问题，为了解决高速准高速铁路道岔及钢轨高性能的需要，通过对国内外文献资料的消化研究，提出Si-Mn-Cr-Mo-Ni合金元素配合，辅以稀土合金RE、V、Ti变质处理方案研制低合金、高性能铁路辙叉新型贝氏体耐磨钢，并研究相对应的工艺配合满足性能要求。此耐磨钢作为新一代铁路辙叉耐磨材料代替传统高锰钢（ZGMn13）生产的组合辙叉已在我国铁路得到广泛应用。但此耐磨钢含锰量高，一般超过1.5%，轧制生产带状组织严重，不能满足高性能铁路钢轨、铁路尖轨生产需要；同时其韧性偏低，不足满足铁路辙叉在高寒地区应用。

本发明的目的就是为了解决发明专利：ZL98112095.4发明的材料在高寒地区无法满足高速准高速铁路辙叉生产用的材质问题，采用低合金多组元合金化，并采用研究相对应的最简热处理工艺，降低生产成本，获得贝氏体/残余奥氏体或贝氏体/马氏体复相组织，达到低温具有更高强韧性综合性能高的新型耐磨钢，满足生产制造铁路辙叉或铁路钢轨、铁路尖轨所需的材料（钢）。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的缺陷，发明一类用于生产制造高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢及制造方法。其特征在于所说的耐磨钢化学成分（重量%）如下：C:0.2-0.4，Si:1.0-3.0，Mn:0.5-1.0，Cr:0.5-2.0，Mo:0.2-1.0，Ni:0.2-1.0，RE:0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03。其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明系一类用于生产制造高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢及制造方法优选的化学成分按重量%计其含量为：（1）C：0.2-0.3,Si：1.5-3.0，Mn：0.5-1.0，Cr：0.5-2.0，Mo：0.2-1.0，Ni：0.2-1.0，RE：0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03。其余为Fe及不可避免的杂质。

（2）C：0.3-0.4,Si：1.0-2.0，Mn：0.5-1.0，Cr：0.5-1.0，Mo：0.2-0.5，Ni：0.2-0.5，RE：0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03。其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明按上诉任一项所述的耐磨钢。根据性能要求，还含有下列元素，其化学成分按重量%如下：V：0.01－0.15，Ti：0.01－0.1。

本发明的高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢用电弧炉或中频或工频电炉冶炼，浇成钢锭，经轧制和锻造或轧制成型后，经正火或退火处理再于200-400℃回火，或锻后于200-400℃回火后的铁路辙叉或铁路钢轨、铁路尖轨。其最终组织为贝氏体/残余奥氏体，或贝氏体/马氏体复相组织，，硬度大于35HRC，强度≥1200MPa，常温冲击强度a_k达到80-120J/cm²，（-40℃）达到40-60J/cm²，试件台架实验疲劳寿命大于2×10⁶次。

本发明的优点如下：1.综合性能高，在满足高强度、硬度条件下，具备高的常温冲击韧度达80-120J/cm²，－40℃以上无明显冷脆现象，－40℃时冲击强度ａ_ｋ可达40－60J/cm²。

2.生产工艺简单，免去类似高锰钢水韧处理工艺，降低生产成本，锻轧后直接正火或退火再于200－400℃回火或锻后于200－400℃回火后使用。

3.正火或退火态直接获得贝氏体为主的组织。

4.可轧制或锻造成高速准高速铁路辙叉、铁路钢轨、铁路尖轨，具有显著地经济效益。

5.用本发明生产制造的铁路辙叉经检测，其力学性能如下表：

Figure 2012102547428100002DEST_PATH_IMAGE001

实物台架疲劳性能：高于2×10⁶次。

本发明的高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢制造方法最佳实施例如下表：

Figure 2012102547428100002DEST_PATH_IMAGE002

其余为铁及不可避免的杂质。加工热处理工艺1100℃-950℃锻造或轧制后，正常正火或退火处理后，于200-400℃回火。

Claims

1.一种高寒地区铁路辙叉新一代高性能贝氏体耐磨钢，其特征在于所说的耐磨钢化学成分（重量%）如下：C:0.2-0.4，Si:1.0-3.0，Mn:0.5-1.0，Cr:0.5-2.0，Mo:0.2-1.0，Ni:0.2-1.0，RE:0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐磨钢，其特征在于所说的耐磨钢化学成分（重量%）如下：C：0.2-0.3,Si：1.5-3.0，Mn：0.5-1.0，Cr：0.5-2.0，Mo：0.2-1.0，Ni：0.2-1.0，RE：0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的耐磨钢，其特征在于所说的耐磨钢化学成分（重量%）如下：C：0.3-0.4,Si：1.0-2.0，Mn：0.5-1.0，Cr：0.5-1.0，Mo：0.2-0.5，Ni：0.2-0.5，RE：0.01-0.1，P≤0.03，S≤0.03，其余为Fe及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的耐磨钢，其特征在于还含有下列元素其化学成分（重量%）如下：V：0.01-0.15，Ti:0.01-0.10。

5.一种权利要求1所述的耐磨钢的制造方法，其特征在于耐磨钢用电弧炉、中频或工频电炉冶炼，烧成钢锭，经轧制和锻造或轧制成型后，经正火或退火处理再于200-400℃回火，或锻后于200-400℃回火。