CN107675084B - 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法 - Google Patents

高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107675084B
CN107675084B CN201710934583.9A CN201710934583A CN107675084B CN 107675084 B CN107675084 B CN 107675084B CN 201710934583 A CN201710934583 A CN 201710934583A CN 107675084 B CN107675084 B CN 107675084B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rail
cooled
steel
rail head
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710934583.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107675084A (zh
Inventor
韩振宇
邹明
郭华
袁俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pangang Group Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Pangang Group Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pangang Group Research Institute Co Ltd filed Critical Pangang Group Research Institute Co Ltd
Priority to CN201710934583.9A priority Critical patent/CN107675084B/zh
Publication of CN107675084A publication Critical patent/CN107675084A/zh
Priority to US16/155,205 priority patent/US20190105694A1/en
Priority to AU2018247222A priority patent/AU2018247222B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN107675084B publication Critical patent/CN107675084B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • B21B1/085—Rail sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B2001/225—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length by hot-rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/003—Cementite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009—Pearlite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明属于钢轨制造技术领域，具体涉及一种高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法。针对现有技术制备珠光体钢轨轨头断面性能不均匀，得到的珠光体钢轨性能不佳的问题，本发明提供了一种高碳高强韧性珠光体钢轨的制造方法，包括以下步骤：a、将钢坯热轧成钢轨，终轧温度为900～1000℃；b、待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为480～530℃，空冷至室温。本发明通过控制钢成分、两段加速冷却的方式，制备获得强度更高并兼有优良强韧性的高碳钢轨，适宜于重载铁路应用。

Description

高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢轨，更具体地讲，涉及一种高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法。
背景技术
铁路的快速发展对钢轨服役性能提出了更高要求。随着我国高速铁路网的不断完善，既有客货混运干线线路将逐步实施重载化改造，大运量、大轴重、高密度是未来重载铁路的发展方向。钢轨作为铁路的关键部件，其质量的优劣、性能的高低与铁路的运输效率与行车安全息息相关。伴随铁路运输能力的提升，钢轨服役环境愈加苛刻、复杂，各类伤损突出，部分小半径曲线路段钢轨同时出现过快磨耗、剥离掉块等伤损，其使用寿命无法与正线钢轨匹配，制约了铁路运输的进一步发展。
目前，为提高曲线路段钢轨的性能，主要采用珠光体钢轨在线或离线热处理的方法，通过向奥氏体化钢轨的轨头部位喷吹压缩空气或水雾混合气的方式使轨头部位快速冷却，以获得轨头表层至一定深度内细化的片状珠光体组织，依托晶粒细化实现强韧性的同步提高，从而达到耐磨损、抗接触疲劳性能同步改善的目的。从加速冷却过程看，国内外鲜有冷却喷嘴布置模式对钢轨性能影响的研究报道。
专利CN101646795B《耐磨损性和耐疲劳损伤性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其制造方法》中规定了一种内部高硬度型珠光体钢轨的制造方法，其特征在于，将钢材热轧成钢轨形状，使终轧温度为850～950℃，接着，以1.2～5℃/秒的冷却速度，将钢轨头部的表层从珠光体相变开始温度以上的温度快速冷却至400～650℃。该专利仅规定了钢轨热处理不同阶段的冷却起始与终止温度及相应的冷速范围，并未涉及具体的冷却方式。
专利CN105483347A公布了《一种珠光体钢轨硬化的热处理工艺》，其特征是：将钢轨加热到880～920℃，保温10～15min，根据钢种不同，以特定的冷速范围冷到特定的温度区间保温30s，再空冷，具体为：材质为U75V的珠光体钢轨硬化工艺制度为：880～920℃保温10～15min，以8～15℃/s冷速冷却到570～600℃，再以0.2～0.5℃/s的冷速空冷到20～25℃；材质为U76CrRE的珠光体钢轨硬化工艺制度为：850～900℃保温10～15分钟，以6～10℃/s冷速冷却到590～610℃，再以0.2～0.5℃/s的冷速空冷到20～25℃。该专利公布的牌号为U75V、U76CrRE两种材质的热处理工艺同样未涉及具体的冷却模式。
专利CN103898303A公布了《一种道岔轨的热处理方法和道岔轨》，其特征是：将待处理的轨头顶面温度为650～900℃的道岔轨进行加速冷却以得到全珠光体组织的道岔轨，其中，道岔轨的轨头工作侧的加速冷却速度高于道岔轨的轨头非工作侧的加速冷却速度，其冷却速度差为0.1～1.0℃/s。该专利中提出了轨头两侧面冷却速度不同对钢轨特别是非对称断面钢轨性能提高和平直度控制带来的益处，但未明确不同阶段喷嘴的布置模式与冷却速度对钢轨热处理后性能的影响。
现有技术中针对钢轨热处理主要集中在不同温度范围内的不同冷却速度控制来实现热处理工序的控制，并未涉及不同喷嘴布置模式及喷吹方式的精细化控制，因而不能得到高碳高强韧性优良的珠光体钢轨。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有技术多采用不同温度范围内不同冷却速度的方式来对钢轨进行热处理，得到的珠光体钢轨性能不佳的问题。
本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种高碳高强韧性珠光体钢轨的制造方法。该方法包括以下步骤：
a、钢轨轧制
将钢坯热轧成钢轨，终轧温度为900～1000℃；
b、钢轨冷却
待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为480～530℃后，空冷至室温。
其中，上述高碳高强韧性珠光体钢轨的制造方法中，步骤a中所述的钢轨组成成分为：按重量百分比计，C:0.86％-1.05％Si:0.20％-0.50％Mn:0.50％-0.95％Cr:0.20％-0.40％，V、Nb、Ti中的至少一种，含V时V为0.02％～0.10％，含Ti时Ti为0.001％～0.030％，含Nb时Nb为0.005％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，上述高碳高强韧性珠光体钢轨的制造方法中，步骤b、c中所述的冷却介质为压缩空气或水雾混合气中的至少一种。
其中，上述高碳高强韧性珠光体钢轨的制造方法中，步骤b中所述的冷却速度为2.0～5.0℃/s。
本发明还提供了一种高碳高强韧性珠光体钢轨，其组成成分为：按重量百分比计，C:0.86％-1.05％Si:0.20％-0.50％Mn:0.50％-0.95％Cr:0.20％-0.40％，V、Nb、Ti中的至少一种，含V时V为0.02％～0.10％，含Ti时Ti为0.001％～0.030％，含Nb时Nb为0.005％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明选择特定组成成分的钢轨，通过采用两段式加速冷却的方式，相比现有的单一热处理方式，制备的珠光体钢轨具有更优异的强度、硬度、韧性及塑性指标，尤其是强韧性明显优于现有的方法。本发明方法操作简单，设备要求不高，制备的高碳高强韧性珠光体钢轨能够整体提高轨头部位的强韧综合性能，有效延长同等条件下钢轨的服役寿命。
具体实施方式
本发明提供了一种高碳高强韧性珠光体钢轨的制造方法，包括以下步骤：
a、钢轨轧制
将钢坯热轧成钢轨，终轧温度为900～1000℃；
b、钢轨冷却
待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为480～530℃后，空冷至室温。
本发明所述的高碳高强韧性珠光体钢轨，其组成成分为：按重量百分比计，C:0.86％-1.05％Si:0.20％-0.50％Mn:0.50％-0.95％Cr:0.20％-0.40％，V、Nb、Ti中的至少一种，含V时V为0.02％～0.10％，含Ti时Ti为0.001％～0.030％，含Nb时Nb为0.005％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
C是珠光体钢轨提高强硬度、促进珠光体转变最重要、最廉价的元素。在本发明条件下，当C含量＜0.86％时，在本发明生产工艺下强度、硬度指标过低，无法重载铁路所需的耐磨损性能；当C含量＞1.05％时，即使终轧后加速冷却，在晶界处仍将析出大量二次渗碳体，恶化钢轨的韧塑性。因此，C含量限定在0.86％-1.05％。
Si作为钢中的固溶强化元素存在于铁素体和奥氏体中提高组织的强度，同时，可抑制先共析渗碳体析出，从而提高钢轨的韧塑性。在本发明条件下，当Si含量＜0.20％时，固溶量偏低导致强化效果不明显；当Si含量＞0.50％时，将降低钢轨的韧塑性，恶化钢轨的横向性能。因此，Si含量限定在0.20％～0.50％。
Mn可以和Fe形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的强度。同时，Mn又是碳化物形成元素，进入渗碳体后可部分替代Fe原子，增加碳化物的硬度，最终增加钢的硬度。在本发明条件下，当Mn含量＜0.50％时，强化效果不显著，仅能通过固溶强化使钢的性能略微提高；当Mn含量＞0.95％时，钢中碳化物硬度过高，韧塑性明显降低；同时，Mn在钢对碳的扩散影响显著，即使空冷条件下，Mn偏析区域仍可能产生B、M等异常组织。因此，Mn含量限定在0.50％～0.95％之间。
Cr作为中等碳化物形成元素，与钢中的碳可形成多种碳化物；同时，Cr能均匀钢中碳化物分布，减小碳化物尺寸，改善钢轨的耐磨损性能。在本发明条件下，当Cr含量低于0.20％时，形成的碳化物硬度及比例较低，且以片状形式聚集，难以提高钢轨的耐磨损性能；当铬含量高于0.40％，易形成粗大的碳化物，恶化钢轨的韧塑性。因此，Cr含量限定在0.20％～0.40％。
V处于室温条件下时，在钢中的溶解度很低，而在热轧过程中如存在于奥氏体晶界或其它区域，以细化颗粒状的V碳氮化物(V(C，N))形式析出，或与钢中的Ti复合析出，抑制奥氏体晶粒的生长，从而达到细化晶粒提高性能的目的。在本发明条件下，当V含量低于0.02％时，含V碳氮化物析出有限，难以发挥强化效果；当V含量＞0.10％时，易形成粗大的碳氮化物，恶化钢轨的韧塑性。因此，V含量限定在0.02％～0.10％。
Ti在钢中的主要作用是细化加热、轧制及冷却时奥氏体晶粒，最终增加钢轨的延伸率和刚度。当Ti含量＜0.001％时，在钢轨中形成的碳化物数量极为有限。在本发明条件下，当Ti含量＞0.030％时，一方面由于Ti是强碳氮化物形成元素，产生的TiC偏多将使钢轨硬度过高；另一方面，TiN、TiC偏多将偏聚富集形成粗大碳化物，不仅降低韧塑性，还使得钢轨在冲击载荷作用下接触面易于开裂并导致断裂。因此，Ti含量限定在0.001％～0.030％之间。
Nb在钢中的主要作用与V相似，通过析出的Nb碳氮化物细化奥氏体晶粒，并通过在轧后冷却过程生成的碳氮化物产生析出强化，在提高钢轨硬度的同时，还可提高钢轨的韧塑性，同时Nb对防止焊接接头软化也有益处。在本发明条件下，当Nb含量＜0.005％时，含Nb碳氮化物析出有限，难以发挥强化效果；当Nb含量＞0.08％时，易形成粗大的碳氮化物，恶化钢轨的韧塑性。因此，Nb含量限定在0.005％～0.08％。
上述钢轨的冶炼方法采用本领域普通的钢轨冶炼方法，将满足上述成分要求的钢液连铸为250mm×250mm～450mm×450mm断面钢坯后冷却进入加热炉中加热至1200～1300℃并保温一定时间后出炉，经高压水除磷后采用万能法或孔型法轧制为50～75kg/m所需断面钢轨。
目前对钢轨进行热处理的方式主要是对奥氏体化钢轨的轨头部位进行加速冷却，而冷却喷嘴主要布置于钢轨轨头部位的顶面和两侧面，这是由钢轨的使用特点决定的：钢轨的顶面和一侧面承受来自车轮的多相复杂应力作用，而钢轨沿垂直方向为对称断面，由于安装位置的不同，两侧面均可能分别承受车轮应力作用。因此，轨头顶面和两侧面为服役部位的钢轨性能应高于钢轨其它部位。
在现有轨头顶面与两侧面加速冷却过程中，随着表层温度的骤降，来自钢轨轨头心部的热量与表层热交换，在换热过程中，随着珠光体相变潜热的释放，轨头表层性能不仅不会降低，反而可能会升高，这就意味着轨头心部相变过冷度的降低，最终室温下不仅轨头心部的硬度明显低于表层，其韧性同样较低。本发明通过采用在轨头两侧下颚部位增加喷嘴喷吹冷却介质的方式，在热处理过程中，由于轨头心部与轨头表层的冷速差在减小，还可使轨头表层的相变开始温度更低，钢轨强韧性将进一步提高，尽管这种提高的幅度是有限的，但对于珠光体热处理钢轨这类强韧性已接近极限的钢材来说仍有利于强韧综合性能的提升。
在本发明中，当钢轨空冷至温度800～850℃时，对“轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚”进行冷却，冷却速度为2.0～5.0℃/s，冷却至温度480～530℃。
在冷却过程中，表层温度在冷却介质的作用下快速降低，来自轨头心部和轨腰的热量将源源不断地向轨头表层及一定深度内循环补充，导致轨头心部相变过冷度降低，室温下表现为强韧性的降低；如果同时采用轨头下颚冷却，此时轨头部位新增了热量散失通道，对轨头心部热量的补充大幅降低，从而达到提高轨头断面特别是轨头中心过冷度的目的。由于整个轨头部位晶粒进一步细化，室温下表现出更优优异的强韧综合性能。轨头顶面温度降至480～530℃后继续空冷至室温并经后步矫直、探伤、加工等工序获得成品钢轨。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1～6用本发明方法制造珠光体钢轨
实施例1～6所用的珠光体钢轨钢坯的化学成分如下表1所示：
表1珠光体钢轨钢坯的化学成分表(％)
C Si Mn P S Cr V/Ti/Nb
实施例1 0.96 0.37 0.59 0.011 0.005 0.37 0.008Ti
实施例2 0.91 0.43 0.90 0.008 0.004 0.20 0.09V
实施例3 1.05 0.34 0.50 0.012 0.006 0.40 0.04Nb
实施例4 0.94 0.50 0.72 0.009 0.004 0.32 0.07Nb
实施例5 0.86 0.29 0.76 0.010 0.003 0.28 0.026Ti
实施例6 0.98 0.20 0.84 0.010 0.005 0.25 0.03V
将如上表所示的钢坯均轧制为60kg/m钢轨，按下列方式进行冷却：
a、钢轨轧制
将钢坯热轧成钢轨，终轧温度为900～1000℃；
b、钢轨冷却
待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为480～530℃后，空冷至室温。
实施例1～6的冷却速度如下表2所示。
表2不同方法对冷却速度的要求
对比例1～6采用现有方法制备珠光体钢轨
对比例1～6所采用的钢坯组成成分同实施例1～6，对比例1的钢坯为实施例1，依此类推，相互对应。
对比例1～6采用现有的冷却方式进行，只对轨头顶面和轨头两侧面喷吹冷却介质，冷却至轨头表层480～530℃后，空冷至室温。
对比例1～6设置的冷却速度如表3所示：
表3不同方法对冷却速度的要求
将实施例和对比例处理后的钢轨空冷至室温，分别在钢轨的轨头表层下方10mm、30mm处取d0＝10mm、l0＝5d0圆形双肩拉伸试样，根据GB/T 228.1分别检测Rp0.2、Rm、A、Z，在相同部位取10mm×10mm×55mm夏比U型冲击试样，根据GB/T 229测试冲击功。此外，分别截取钢轨轨头部位横向硬度试样，分别在距离轨头表层10mm、30mm的上侧圆角及顶面中心部位根据GB/T 230.1测定洛氏硬度，实施例与对比例采用相同的测试部位与测试方法，结果详见表4和表5。
表4不同方法制备的钢轨力学性能(轨头表层下方10mm)
表5不同方法制备的钢轨力学性能(轨头表层下方30mm)
由上述实施例和对比例可知：本发明选取了具有相同化学成分、采用本发明所述热处理工艺的实施例和现有热处理工艺的对比例进行对比。实施例采中余热钢轨空冷至800～850℃时采用轨头顶面+轨头两侧面+轨头两侧下颚喷吹冷却介质的方式，以2.0～5.0℃/s的冷速冷却至顶面中心温度降至480～530℃后继续空冷至室温。相比之下，现有工艺采用冷速2.0～5.0℃/s的轨头顶面+两侧面的单一热处理方式。表4和表5中对比结果表明，本发明所述工艺下轨头表层下方10mm内的强度、硬度、韧性及塑性均略高于对比例；更重要的是，轨头表层下方30mm处的强韧性能明显高于现有热处理技术，可见增加轨头下颚加速冷却能够整体提高轨头部位的强韧综合性能，有效延长同等条件下钢轨的服役寿命。
本发明提供了一种高碳高强韧性优良的钢轨及其生产方法，在相同成分及生产工艺下，采用该方法可使钢轨获得更加优异的强韧性指标，产品适用于对抗接触疲劳伤损和耐磨损性能较高的重载铁路。

Claims (3)

1.高碳高强韧性珠光体钢轨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、钢轨轧制
将钢坯热轧成钢轨，终轧温度为900～1000℃；所述的钢轨组成成分为：按重量百分比计，C:0.86％-1.05％ Si:0.20％-0.50％ Mn:0.50％-0.95％ Cr:0.20％-0.40％，V、Nb、Ti中的至少一种，含V时V为0.02％～0.10％，含Ti时Ti为0.001％～0.030％，含Nb时Nb为0.005％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质；
b、钢轨冷却
待钢轨顶面中心温度空冷至800～850℃时，向轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚均喷吹冷却介质，冷却至顶面中心温度为480～530℃后，空冷至室温；所述冷却的速度为2.0～5.0℃/s。
2.根据权利要求1所述的高碳高强韧性珠光体钢轨的制备方法，其特征在于：步骤b中所述的冷却介质为压缩空气或水雾混合气中的至少一种。
3.权利要求1或2所述方法制备的高碳高强韧性珠光体钢轨，其特征在于：组成成分为：按重量百分比计，C:0.86％-1.05％ Si:0.20％-0.50％ Mn:0.50％-0.95％ Cr:0.20％-0.40％，V、Nb、Ti中的至少一种，含V时V为0.02％～0.10％，含Ti时Ti为0.001％～0.030％，含Nb时Nb为0.005％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
CN201710934583.9A 2017-10-10 2017-10-10 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法 Active CN107675084B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710934583.9A CN107675084B (zh) 2017-10-10 2017-10-10 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法
US16/155,205 US20190105694A1 (en) 2017-10-10 2018-10-09 High-carbon and high-strength and toughness pearlitic rail and manufacturing method thereof
AU2018247222A AU2018247222B2 (en) 2017-10-10 2018-10-10 High-carbon and high-strength and toughness pearlitic rail and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710934583.9A CN107675084B (zh) 2017-10-10 2017-10-10 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107675084A CN107675084A (zh) 2018-02-09
CN107675084B true CN107675084B (zh) 2019-05-10

Family

ID=61139448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710934583.9A Active CN107675084B (zh) 2017-10-10 2017-10-10 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190105694A1 (zh)
CN (1) CN107675084B (zh)
AU (1) AU2018247222B2 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107520529B (zh) * 2017-08-31 2019-10-11 攀钢集团研究院有限公司 136re+ss热处理钢轨移动闪光焊接的方法
CN109517957B (zh) * 2018-11-30 2021-01-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 珠光体钢轨生产处理方法及其升降抬钢移钢机
CN109371219B (zh) * 2018-11-30 2021-01-26 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 珠光体钢轨在线处理方法
CN110607488A (zh) * 2019-09-02 2019-12-24 鞍钢股份有限公司 一种高速铁路用在线热处理钢轨及其制造方法
CN112410648B (zh) * 2020-10-13 2021-12-28 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种高致密珠光体组织钢轨及其制备方法
CN112301205B (zh) * 2020-10-19 2022-04-29 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法
CN112458359A (zh) * 2020-10-27 2021-03-09 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高韧高纯净度道岔钢轨及其制备方法
CN112501417B (zh) * 2020-11-16 2022-05-24 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种重载铁路用钢轨及其制备方法
CN112501418B (zh) * 2020-11-16 2022-07-19 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种重载铁路用钢轨及其制备方法
CN113621881B (zh) * 2021-08-09 2022-08-05 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种提高中碳钢钢轨焊接接头低温韧性的方法
CN113637914A (zh) * 2021-08-18 2021-11-12 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种高强韧性钢轨及其制备方法
CN113981325A (zh) * 2021-11-03 2022-01-28 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种中等强度钢轨及其生产方法
CN114855076B (zh) * 2022-04-15 2023-03-17 首钢集团有限公司 一种高球化率高碳钢及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0685566A1 (en) * 1993-12-20 1995-12-06 Nippon Steel Corporation Rail of high abrasion resistance and high tenacity having pearlite metallographic structure and method of manufacturing the same
CN102220545A (zh) * 2010-04-16 2011-10-19 攀钢集团有限公司 耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及其制造方法
CN105018705A (zh) * 2015-08-11 2015-11-04 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种过共析钢轨及其制备方法
CN105051220A (zh) * 2013-03-27 2015-11-11 杰富意钢铁株式会社 珠光体钢轨及珠光体钢轨的制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040187981A1 (en) * 2002-04-05 2004-09-30 Masaharu Ueda Pealite base rail excellent in wear resistance and ductility and method for production thereof
US7288159B2 (en) * 2002-04-10 2007-10-30 Cf&I Steel, L.P. High impact and wear resistant steel
JP4390004B2 (ja) * 2007-03-28 2009-12-24 Ｊｆｅスチール株式会社 耐摩耗性と耐疲労損傷性に優れた内部高硬度型パーライト鋼レールおよびその製造方法
CN104046765B (zh) * 2014-02-20 2016-03-23 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种过共析钢轨的热处理方法
CN106086663B (zh) * 2016-07-14 2018-03-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种过共析钢轨及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0685566A1 (en) * 1993-12-20 1995-12-06 Nippon Steel Corporation Rail of high abrasion resistance and high tenacity having pearlite metallographic structure and method of manufacturing the same
CN102220545A (zh) * 2010-04-16 2011-10-19 攀钢集团有限公司 耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及其制造方法
CN105051220A (zh) * 2013-03-27 2015-11-11 杰富意钢铁株式会社 珠光体钢轨及珠光体钢轨的制造方法
CN105018705A (zh) * 2015-08-11 2015-11-04 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种过共析钢轨及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018247222A1 (en) 2019-05-02
AU2018247222B2 (en) 2020-01-30
US20190105694A1 (en) 2019-04-11
CN107675084A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107675084B (zh) 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法
CN107475616B (zh) 高强韧性珠光体钢轨及其制造方法
CN107675083B (zh) 强韧性珠光体钢轨及其制造方法
CN107675081B (zh) 耐磨损过共析钢轨及其制造方法
CN107723594B (zh) 耐内部损伤性珠光体钢轨及其制造方法
CN102220545B (zh) 耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及其制造方法
CN107674960A (zh) 客货混运铁路用钢轨及其制造方法
CN107675080B (zh) 抗接触疲劳珠光体钢轨及其制造方法
US20160194729A1 (en) High-strength and highly fatigue-resistant steel rail and production method thereof
CN114592109B (zh) 一种高强钢及其热处理工艺和应用
CN108588580A (zh) 一种高纯净贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法
CN101314833A (zh) 一种用于重载铁路货车的车轮钢及其制备方法
CN107739805B (zh) 高强韧过共析钢轨及其制造方法
CN111405949B (zh) 用于制造钢轨的方法和相应的钢轨
CN115505713A (zh) 一种降低百米在线热处理贝氏体钢轨残余应力的热处理工艺
CN107675082B (zh) 耐损伤性钢轨及其制造方法
CN107739806B (zh) 高韧塑性过共析钢轨及其制造方法
CN105970110A (zh) 低合金高强度耐磨钢及其制备方法
CN117144110A (zh) 内部硬度分布优良的珠光体钢轨及其生产方法
CN114990450B (zh) 一种高耐磨弹性车轮用轮箍及其热处理工艺
CN115261722B (zh) 一种低碳复相贝氏体钢轨及其制备方法
CN115287541B (zh) 一种高碳高韧性重载车轮钢及车轮生产方法
CN117144111A (zh) 全断面抗拉强度分布均匀的珠光体钢轨及其生产方法
CN115354221A (zh) 一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨及其生产方法
CN116695000A (zh) 一种重载铁路用超细珠光体钢轨及其生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant