CN103160737B - 一种贝氏体钢、由该贝氏体钢制成的钢护轨及其制备方法 - Google Patents
一种贝氏体钢、由该贝氏体钢制成的钢护轨及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种贝氏体钢，该贝氏体钢含有以重量百分含量计的0.08-0.40%的C、0.80-2.00%的Si、0.80-3.30%的Mn、0.1-0.80%的Mo、0-2.00%的Cr和余量的Fe。本发明还提供了这种贝氏体钢制成的钢护轨以及该钢护轨的制备方法。本发明的贝氏体钢护轨相对于现有的钢护轨在硬度、拉伸强度、断后拉伸、冲击性能和强度稳定性上都有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种贝氏体钢、由该贝氏体钢制成的钢护轨以及该钢护轨的制备方法，属于冶金领域。
背景技术
护轨是固定式辙叉道岔不可缺少的组成部分。它是在基本轨内侧增设的两根平行的钢轨，从而防止车轮掉道，帮助卡住轮缘内侧，由于车轮轮对横向游动被限制在基本轨和护轨的槽内，因此能够确保铁路列车车轮运行方向、同时起到减少钢轨轨头的侧面磨耗与接触疲劳损伤，降低养护维修工作量，防止列车车轮脱轨事故发生的作用。
由于护轨为一非对称断面，现在市场上销售的护轨用槽型钢在热处理过程中会产生明显的热弯曲，因此需要额外的预弯曲及矫直处理，增加了生产的工艺流程及成本。另一方面，热轧33kg/m槽型钢在热处理过程中，顶面硬度也较难达到43HRC，一般只有32～36HRC左右，导致护轨不耐磨，使用寿命短。
在申请号为200510017523.8的中国专利申请中公开了一种准贝氏体钢，该钢中含有C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V和余量的Fe。按照专利申请中各个成分的配方制备的贝氏体护轨在拉伸、冲击性能、强度稳定性和强度波动性等方面都不能达到理想的效果。
因而，需要开发抗磨损、高强韧性贝氏体钢，以及通过该贝氏体钢制备的钢护轨，从而解决目前护轨存在的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种贝氏体钢，该贝氏体钢克服了现有的贝氏体钢抗磨损性差、韧性差的缺点。
本发明的另一目的是提供一种由所述贝氏体钢制备的钢护轨。
本发明的再一目的是提供所述钢护轨的制备方法。
本发明一方面提供了一种贝氏体钢，该贝氏体钢含有以重量百分含量计的0.08-0.40%的C、0.80-2.00%的Si、0.80-3.30%的Mn、0.10-0.80%的Mo、0-2.00%的Cr和余量的Fe。
进一步，以重量百分含量计，该贝氏体钢的C含量为0.10-0.30%、Si含量为0.80-1.80%并且Mo含量为0.10-0.55%。
本发明另一方面还提供了一种贝氏体钢，该贝氏体钢含有以重量百分含量计的0.08-0.40%的C、0.80-2.00%的Si、0.80-3.30%的Mn、0.10-0.80%的Mo、0-2.00%的Cr、0.005-0.10%的Nb和余量的Fe。
进一步，以重量百分含量计，该钢中的C含量为0.10-0.30%、Si含量为0.80-1.80%并且Mo含量为0.10-0.55%。
本发明另一方面提供了一种钢护轨，该钢护轨由所述的贝氏体钢制成。
进一步，所述的钢护轨为铁路道岔用护轨。
本发明再一方面提供了一种制备所述钢护轨的方法，该方法包括以下步骤:
步骤1：首先将所述的贝氏体钢组分制成的钢坯或者钢锭脱除氢气；
步骤2：将步骤1得到的脱氢钢坯或钢锭热轧成护轨；
步骤3：进行回火处理，回火温度200-500℃，保温时间3-10小时，得到所述的钢护轨。
进一步，在所述的步骤1之前还包括：将所述的贝氏体钢组分在电炉中冶炼制成熔融钢水，接着进行炉外精炼，真空除气后浇铸制成钢坯或者钢锭。
进一步，在所述的步骤2中的热轧包括：将脱氢钢坯或钢锭在1150-1350℃加热，再用孔型轧制法进行热轧，并在热轧之后空冷至室温。
进一步，步骤1中的脱氢钢坯或钢锭的氢含量低于1.55ppm。
本发明的有益效果在于：本发明的贝氏体钢化学组分没有采用硼合金化，采用了特定的几种化学成分，得到的贝氏体钢具有硬度均匀一致，优于珠光体护轨的强韧性、耐磨性及冲击韧性。
通过本发明贝氏体钢组分制成的贝氏体钢护轨与现有的钢护轨相比，在硬度、拉伸强度、断后伸长和冲击韧性四个方面都相对好于现有的贝氏体钢护轨。
本发明在制备钢护轨的过程中对钢液进行真空处理，控制氢、氧和氮的含量，制成的钢护轨材料中的N含量控制到10-150ppm，H含量控制到1.5ppm以内，因此减少了N和H对本发明钢护轨性能的影响。
并且在本发明制备过程中钢护轨热轧成形空冷以后，进行回火处理。本发明采用的轧制及轧后热处理工艺，提高了本发明钢的组织稳定性，从而提高了钢的强韧性等力学性能，使护轨的抗磨损性能更加优异。因为通过本发明方法得到的贝氏体组织是：板条（或非等轴）铁素体+（膜或岛状）残余奥氏体，从而提高了钢的组织稳定性以达到高强钢力学性能的目的。
本发明的这种贝氏体钢护轨的综合性能更加优异；钢护轨横截面的硬度均匀一致，硬度超过36HRC，钢护轨产品质量更加稳定。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明，但是应当理解，这些实施例只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不能理解为对本发明请求保护的范围的限制。
实施例1一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1。以重量百分含量计，其中含有0.27%C、1.55%Mn、1.50%Si、0.43%Cr、0.55%Mo和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸即：连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢钢锭加热到1150℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后空气冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度250℃，保温时间4小时，即得目标产品。经检测目标产品的H含量为1.0ppm，N含量为100ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例2一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.24%C、1.75%Mn、1.78%Si、0.70%Cr、0.45%Mo和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸即：模铸成钢锭；对钢坯或钢锭进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢锭加热到1200℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度200℃，保温时间6小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为1.4ppm，N含量为50ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例3一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.08%C、0.80%Mn、0.80%Si、0.10%Cr、0.10%Mo和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1300℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度350℃，保温时间8h，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为0.8ppm，N含量为20ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例4一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.10%C、1.20%Mn、1.20%Si、1.50%Cr、0.60%Mo和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1250℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度400℃，保温时间10小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为0.6ppm，N含量为140ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例5一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.40%C、3.30%Mn、2.00%Si、2.00%Cr、0.80%Mo和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的成分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1350℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度500℃，保温时间8小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为1.2ppm，N含量为140ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例6一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.40%C、3.30%Mn、2.00%Si、2.00%Cr、0.80%Mo、0.10%铌和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1300℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度500℃，保温时间8小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为0.8ppm，N含量为40ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例7一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.30%C、1.56%Mn、1.80%Si、0.45%Cr、0.55%Mo、0.005%铌和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1230℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度480℃，保温时间10小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为0.9ppm，N含量为60ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例8
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.28%C、1.56%Mn、1.50%Si、0.50%Mo和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述的组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气、浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1230℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度480℃，保温时间10小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为0.9ppm，N含量为60ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例9一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.25%C、1.75%Mn、1.00%Si、0.50%Mo、0.05%Nb和余量的Fe。
贝氏体钢护轨通过如下步骤制备：首先将所述组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸即：模铸成钢锭；对钢坯或钢锭进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢锭加热到1200℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度200℃，保温时间6小时，即得目标产品。经检验，目标产品的H含量为1.4ppm，N含量为50ppm，该产品的其他各项指标见表2。
实施例10一种贝氏体钢锭
该钢坯的组分同实施例1。制备方法同实施例1中制备脱氢钢坯的方法。经检测目标产品的H含量为1.0ppm，N含量为100ppm，该产品的其他各项指标见表2。
对比例1一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.18%C、2.05%Mn、1.92%Si、0.92%Cr、0.75%Mo、0.035%V和余量的Fe。
该钢护轨通过如下步骤制备：采用电炉冶炼按所述成分制造熔融的钢，进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸即连铸成大方坯；对钢坯进行去氢处理，控制氢含量。脱氢的钢坯加热到1230℃，进行孔型轧制法热轧。热轧时，成护轨后冷却，得到护轨成品。该钢护轨的性能见表2。
对比例2一种贝氏体钢护轨
一种贝氏体钢护轨，成分列于表1，以重量百分含量计，其中含有0.22%C、1.92%Mn、1.55%Si、1.11%Cr、0.56%Mo、0.68%Ni、0.45%V和余量的Fe。
通过与对比例1相同的步骤制备。该钢护轨的性能见表2。
表1实施例1-7及对比例1-2制备的贝氏体护轨成分（wt%）
实施例1-9和对比例钢护轨的性能比较
将实施例1-9制备的贝氏体钢护轨和对比例制备的珠光体钢护轨进行硬度、拉伸强度和冲击性能的测试，并且实施10的贝氏体钢坯的性能结果也见表2。
表2实施例1-9、对比例1-2制备的贝氏体护轨和实施例10的贝氏体钢性能
由表2可知，本发明的贝氏体钢在制成钢护轨后，在硬度、拉伸强度、屈服强度、断后伸长及冲击韧性方面都有所提升。此外，与对比例制备的贝氏体钢护轨相比，本发明提供的所述贝氏体钢护轨具有更高的硬度、更好的拉伸强度、断后拉伸及冲击性能，强度稳定性好，强度波动范围小，完全满足磨损严重的工况环境，是生产护轨的理想材料。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
Claims (2)
1.一种贝氏体钢，其特征在于，该贝氏体钢含有以重量百分含量计的0.10％的C、1.2％的Si、1.2％的Mn、0.60％的Mo、1.5％的Cr和余量的Fe。
2.一种钢护轨，其特征在于，由权利要求1所述的贝氏体钢制成，该钢护轨的制备方法如下：
首先将权利要求1所述的贝氏体钢组分置于电炉冶炼，制造为熔融的钢水；接着进行炉外精炼，然后经真空除气，浇铸，即连铸成大方坯；再对钢坯进行去氢处理，控制氢含量低于1.50ppm；去氢处理之后，将脱氢的钢坯加热到1250℃，采用孔型轧制法热轧成护轨后进行空气冷却，冷却至室温；热轧结束后，进行回火处理，回火温度400℃，保温时间10小时，即得。
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