CN112301205B - 一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢轨生产技术领域，公开了一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法。该方法包括将炉料经过转炉冶炼或电炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；其中，热处理包括：第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在850‑950℃的钢轨，以0.5‑2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720‑800℃；第二阶段冷却：将第一阶段冷却后的钢轨以1‑6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至450‑550℃；第三阶段冷却：将第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。该方法能够提高钢轨的屈强比。

Description

一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢轨生产技术领域，具体涉及一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法。
背景技术
目前我国重载铁路正处于高速发展阶段，而提高重载货运铁路的轴重是增加重载铁路运量的最佳方法之一，因此我国目前大多数客货混运铁路的轴重已提高至21或23吨，大部分货运专用铁路如大秦线、朔黄线等轴重已提升至25吨，目前轴重30吨的货运专用铁路如瓦日铁路等也已经完成通行试验，即将进入正式运营阶段。
货运专用铁路的特点是轴重大、行车速度低、车流密度高；轨道养护标准高、养护作业时间少；轨道条件恶劣、坡度大、曲线半径小。为保证铁路的正常运营，考虑钢轨运用的综合效益，货运专用铁路的钢轨通常采用轨型为75kg/m及以上的大断面高强度珠光体热处理钢轨，其具有较高的屈服强度、抗拉强度，能够提高钢轨的承载能力，能够避免钢轨在轮轨接触范围内出现严重塑性变形；具有较高的耐磨耗性能、耐接触疲劳性能，能够增加钢轨的使用寿命，减少钢轨内部核伤的出现几率。
近年来，国内外钢轨生产企业均在采用不同手段改善珠光体钢轨的服役性能，其中一种主要的手段是对钢轨的化学成分及生产工艺进行科学设计，通过合金化+热处理的方法来对钢轨进行强化，涉及的相关专利技术具体如下：
中国专利CN102301023公开了耐磨损性及韧性优异的珠光体系钢轨，其特征为：所以质量％计含有C：0.65～1.20％、Si：0.05～2.00％、Mn：0.05～2.00％及REM：0.0005～0.0500％，作为剩余部分，包含Fe及不可避免的杂质，其轨头踏面至两侧从表层至10mm深部位组织为珠光体组织，硬度为HV320～500。
中国专利CN105112786公开了一种超级珠光体钢轨钢及其制备方法，其特征在于：它的化学成分包括：碳、钒、锰、硅、铬及微合金化元素，其中，各化学成分的质量百分比wt％为：C：0.75-0.78％、V：0.05-0.09％，锰、硅、铬的含量要满足以下三个不等式：1Mn+2Si+2Cr<4％、1Mn+1Si+2Cr<3％和1Mn+1Si+3Cr>3％，微合金化元素为Al、N和Re元素，且0.1wt％<Al+N+Re<0.3wt％，余量为铁，其抗拉强度达到1500MPa、屈服强度达到1000MPa，屈强比达到0.67。
中国专利CN100443617公开了珠光体类热处理钢轨及其生产方法，其特征在于，其钢轨的化学成份按重量百分比包括：C：0.70％～0.95％、Si：0.20％～1.10％、Mn：0.50％～1.50％、V：0.01％～0.20％、Cr：0.15％～1.20％、P：≤0.035％、S：≤0.035％和Al：≤0.005％，还需包括Ti：0.002％～0.050％、Mo：0.01％～0.50％、Nb：0.002％～0.050％、Ni：0.10％～1.00％、Cu：0.05～0.50％或Re：0.002％～0.050％中的一种或一种以上，其所生产的钢轨轨头抗拉强度在1310MPa以上，轨头硬度在370HB以上，硬化层深度达到20mm以上。
目前的专利均提供了高强度珠光体钢轨及制造方法，但其仍然存在一些问题，如大多数专利仅从提高钢轨的抗拉强度、硬度方面提高钢轨的性能，而对提高钢轨的屈服强度涉及较少，导致抗拉强度过剩以及钢轨塑性的下降；同时目前大部分高强度珠光体钢轨均需添加多种微合金元素并需通过特别的生产及热处理工艺来得到钢轨表面部分的高强度、高硬度，导致钢轨的成本上升，并且由于钢轨中的合金元素含量较高，导致钢轨的焊接性能下降。
对于重载铁路来说，高强度珠光体热处理钢轨的屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)对其使用具有重要意义，屈强比高，材料强度利用率高，钢轨不易发生塑性变形，降低接触疲劳伤损的出现几率，延长钢轨的服役期限，降低钢轨的维护成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的珠光体钢轨对提高钢轨的屈服强度涉及较少，导致抗拉强度过剩和钢轨塑性下降；大部分高强度珠光体钢轨均需添加多种微合金元素并需通过特别的生产及热处理工艺得到表面部分强度高、硬度高的钢轨，导致钢轨的成本上升，并且由于钢轨中的合金元素含量较高，导致钢轨的焊接性能下降的问题，提供一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法，该方法在热处理工序过程中采用多阶段冷却工艺，且不需要添加多种微合金元素，能够在保证钢轨抗拉强度不降低的基础上提高钢轨的屈服强度，进而提高钢轨的屈强比，降低钢轨接触疲劳伤损的出现几率，同时节约成本。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种制备高屈强比珠光体钢轨的方法，该方法包括将炉料依次经过转炉冶炼或电炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，热处理为多阶段冷却工艺，具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在850-950℃的钢轨，以0.5-2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720-800℃；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)第一阶段冷却后的钢轨以1-6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至450-550℃；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温；
在制备过程中，控制钢液的化学成分，其中，以所述钢液的总重量为基准，所述钢液的化学成分包括0.7-0.85重量％的C、0.2-0.8重量％的Si、0.8-1.1重量％的Mn、0.5-0.7重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Cu、0.01-0.05重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
优选地，采用多机架万能法轧制方式对钢坯进行轧制；优选地，热处理采用在线轧制余热淬火热处理方式。
优选地，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面温度在890-950℃的钢轨进行第一阶段冷却。
优选地，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面进行冷却后，对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720-770℃。
优选地，在步骤(2)中，进行第二阶段冷却时，对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至470-540℃。
优选地，该钢轨热处理采用的冷却介质为水雾和/或压缩空气。
本发明另一方面提供了一种高屈强比珠光体钢轨，以所述高屈强珠光体钢轨的总重量为基准，所述高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.7-0.85重量％的C、0.2-0.8重量％的Si、0.8-1.1重量％的Mn、0.5-0.7重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Cu、0.01-0.05重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质；
所述高屈强珠光体钢轨的屈服强度≥920MPa，抗拉强度≥1300Mpa，屈强比≥0.70，延伸率≥11％。
优选地，所述高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.76-0.82重量％的C、0.7-0.76重量％的Si、0.9-1重量％的Mn、0.6-0.65重量％的Cr、0.01-0.06重量％的Cu、0.02-0.04重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述高屈强珠光体钢轨全断面由片状珠光体组织和铁素体组织构成，其中，以所述高屈强珠光体钢轨的总重量为基准，所述片状珠光体组织的含量为99-99.5重量％，所述铁素体组织的含量为0.5-1.0重量％。
优选地，所述高屈强珠光体钢轨为重载铁路用高强度珠光体钢轨。
优选地，所述高屈强珠光体钢轨的轨型为75kg/m或136RE。
本发明所述的方法在热处理工序过程中采用多阶段冷却工艺，且不需要添加多种微合金元素，能够在保证钢轨抗拉强度不降低的基础上提高钢轨的屈服强度，进而提高钢轨的屈强比，降低钢轨接触疲劳伤损的出现几率，同时节约成本。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种制备高屈强比珠光体钢轨的方法，该方法包括将炉料依次经过转炉冶炼或电炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，热处理为多阶段冷却工艺，具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在850-950℃的钢轨，以0.5-2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720-800℃；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)第一阶段冷却后的钢轨以1-6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至450-550℃；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温；
在制备过程中，控制钢液的化学成分，其中，以所述钢液的总重量为基准，所述钢液的化学成分包括0.7-0.85重量％的C、0.2-0.8重量％的Si、0.8-1.1重量％的Mn、0.5-0.7重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Cu、0.01-0.05重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
采用本发明所述的方法制备高屈强珠光体钢轨，不需要添加多种微合金元素，能够在保证钢轨抗拉强度不降低的基础上提高钢轨的屈服强度，进而提高钢轨的屈强比，降低钢轨接触疲劳伤损的出现几率，同时节约成本。具体地，所述高屈强珠光体钢轨的屈服强度≥920MPa，抗拉强度≥1300Mpa，屈强比≥0.7，延伸率≥11％。
本发明的发明人经过大量研究发现：
①对于终轧后规定面温度在850-950℃之间的珠光体钢轨，以0.5-2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理能够控制钢轨进入下一阶段加速冷却时的全断面温度，易于第二阶段加速冷却控制冷却速度，易于调节钢轨冷却过冷度，对钢轨屈服强度的提高有明显帮助；
②在钢轨轨头踏面温度为720-800℃时为抑制钢轨中的先共析铁素体或先共析渗碳体析出，获得兼具高强度和高屈强比的钢轨，需要在高温阶段对其进行加速冷却，同时由于冷却开始温度较高，需要较大的冷却速度才能保证轨头内部的性能稳定，需将冷却速度控制在1-6℃/之间；当钢轨轨头踏面温度经加速冷却降至450℃-550℃时，其内部温度可通过表面温度推算获得，若钢轨轨头温度＞550℃，其内部温度＞600℃，该温度范围内钢轨仍在进行相变，如停止加速冷却，则钢轨未加速冷却部分的热量会迅速向轨头扩散，降低相变冷速，降低最终钢轨的强度和屈强比，热处理工序效果不足；若钢轨轨头温度＜450℃，其内部相变已基本全部完成，且内部未加速冷区部分的热量不足以影响轨头部分的相变，继续加速冷却无实际效果，因此，加速冷却的停止温度设定为450℃-550℃。
发明人在研究过程中发现，为获得具有高屈强比的珠光体钢轨，需要对其生产的全过程进行精细协调控制，在优选实施方式中，采用多机架万能法轧制方式对钢坯进行轧制；热处理采用在线轧制余热淬火热处理方式。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，可以对终轧后轨顶面温度在850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃或950℃之间的钢轨进行第一阶段冷却。
在本发明所述的方法中，为了进一步提高珠光体钢轨的屈服强度，在优选实施方式中，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面温度在890-950℃的钢轨进行第一阶段冷却。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，可以以0.5℃/s、0.7℃/s、0.9℃/s、1.1℃/s、1.3℃/s、1.5℃/s、1.7℃/s、1.9℃/s或2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面进行冷却后，可以对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃、750℃、755℃、760℃、765℃、770℃、775℃、780℃、785℃、790℃、795℃或800℃。
在本发明所述的方法中，为了获得兼具更高强度和更高屈强比的钢轨，在优选实施方式中，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面进行冷却后，对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720-770℃。
在本发明所述的方法中，在具体实施方式中，在步骤(2)中，将经过第一冷却阶段后的钢轨以1℃/s、2℃/s、3℃/s、4℃/s、5℃/s或6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理。
在具体实施方式中，在步骤(2)中，进行第二阶段冷却时，可以对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃或550℃。
在优选实施方式中，在步骤(2)中，进行第二阶段冷却时，对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至470-540℃。
在本发明所述的方法中，热处理采用的冷却介质可以为本领域的常规选择。在具体实施方式中，该钢轨热处理采用的冷却介质可以为水雾、压缩空气或水雾与压缩空气的混合物。在优选实施方式中，所述珠光体钢轨热处理采用的冷却介质为压缩空气。
本发明所述的制备高屈强比的珠光体钢轨的制备方法还包括其他常规步骤，完整的生产工艺可以为：将炉料依次经过转炉或电炉进行冶炼成低硫含钒钢水、经LF精炼、RH或VD真空处理、大方坯保护连铸、钢坯加热炉加热、钢坯轧制前高压水除鳞、万能轧机轧制、钢轨在线热处理、步进式冷床室温空气冷却、平立复合矫直、钢轨规格检查、加工线处理、表面检查和入库。
本发明另一方面提供了一种高屈强比珠光体钢轨，以所述高屈强珠光体钢轨的总重量为基准，所述高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.7-0.85重量％的C、0.2-0.8重量％的Si、0.8-1.1重量％的Mn、0.5-0.7重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Cu、0.01-0.05重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质；
所述高屈强珠光体钢轨的屈服强度≥920MPa，抗拉强度≥1300Mpa，屈强比≥0.70，延伸率≥11％。
在具体实施方式中，本发明所述的高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.7重量％、0.72重量％、0.74重量％、0.76重量％、0.78重量％、0.8重量％、0.82重量％、0.84重量％或0.85重量％的C；0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％或0.8重量％的Si；0.8重量％、0.9重量％、1重量％或1.1重量％的Mn；0.5重量％、0.6重量％或0.7重量％的Cr；0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％、0.05重量％、0.06重量％、0.07重量％、0.08重量％、0.09重量％或0.1重量％的Cu；0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％或0.05重量％的Nb；≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
在优选实施方式中，本发明所述的高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.76-0.82重量％的C、0.7-0.76重量％的Si、0.9-1重量％的Mn、0.6-0.65重量％的Cr、0.01-0.06重量％的Cu、0.02-0.04重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的珠光体钢轨具有较高的屈服强度，屈强比有了较大的提升，能够降低钢轨接触疲劳伤损的出现几率。
发明所述的高屈强比珠光体钢轨，其全断面由片状珠光体组织和铁素体组织构成，其中，以所述高屈强珠光体钢轨的总重量为基准，所述片状珠光体组织的含量为99重量％、99.1重量％、99.2重量％、99.3重量％、99.4重量％或99.5重量％，所述铁素体组织的含量为0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％或1.0重量％。
以下详细说明本发明对所述高屈强比珠光体钢轨中主要化学元素含量进行限定的理由：
碳(C)是珠光体钢轨中使钢轨获得良好综合力学性能、促进珠光体转变的最重要、最廉价的元素。当碳含量＜0.7％时，在本发明所述生产工艺下，无法保证钢轨具有合适的强硬度、无法保证钢轨的屈强比、无法保证钢轨的耐磨损性能；当碳含量＞0.9％时，在本发明所述生产工艺下，钢轨的强度指标过剩而韧塑性过低，碳化物比例过高，影响钢轨的疲劳性能，对钢轨的安全使用有不利影响。因此，本发明中的碳含量限定在0.7-0.85％。
硅(Si)在钢中的主要作用是脱氧和作为固溶强化元素改善钢的强度。当硅含量＜0.2％时，其固溶量偏低导致强化效果不明显；当硅含量＞0.8％时，会降低钢的韧塑性，对钢轨的安全使用有不利影响。因此，本发明中的硅含量限定在0.2-0.8％。
锰(Mn)是提高钢中铁素体和奥氏体强度所必不可少的。当锰含量＜0.8％时，其难以达到增加碳化物硬度从而增加钢的强硬度的作用；当锰含量＞1.1％时，其强化效果过剩，钢的韧塑性明显降低；同时锰在钢中对碳的扩散影响显著，在锰偏析区域有可能产生贝氏体或马氏体等异常组织。因此，本发明中的硅含量限定在0.8-1.1％。
铬(Cr)作为碳化物形成元素，与钢中的碳可形成多种碳化物；同时，铬能均匀钢中碳化物分布，减小碳化物尺寸，改善钢轨的耐磨性能。当铬含量低于＜0.1％时，形成的碳化物硬度及比例较低；当铬含量＞0.7％，将会使钢轨生产有害的贝氏体和马氏体组织，无法保证钢轨为珠光体组织，对钢轨安全使用有不利影响。因此，本发明中的铬含量限定在0.5-0.7％。
铜(Cu)是能够提高钢轨耐蚀性、硬度和强度的元素。当铜含量＜0.01％时，其强化作用不明显；当铜含量＞0.1％时，其强化作用提高不明显，且在生产过程中易使钢轨发生铜脆现象。因此，本发明中的铜含量限定在0.01-0.1％。
铌(Nb)作为固溶强化元素，能够大幅度提高相变前奥氏体组织中位错密度，稳定变形位错结构，细化晶粒，能够提高钢轨的屈服强度和疲劳性能。当铌含量＜0.01％时，其固溶强化效果微弱；当铌含量大于0.05％时，易生成粗大氮氧化物，降低钢轨的性能。因此，本发明中的铌含量限定在0.01-0.05％。
磷(P)和硫(S)均为钢轨中无法完全除去的杂质元素。磷会在钢轨组织晶界处偏聚，严重降低钢轨的韧性；硫在钢中易形成硫化锰夹杂，对钢轨接触疲劳性能有害。因此，本发明中的磷含量需控制在0.02％以下；硫含量需控制在0.015％以下。
在具体实施方式中，所述高屈强珠光体钢轨为重载铁路用高强度珠光体钢轨。在优选实施方式中，所述高屈强珠光体钢轨的轨型为75kg/m或136RE。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
制备高屈强比珠光体钢轨的方法具体包括：
将炉料依次经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，热处理包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在945℃的钢轨，以0.8℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为728℃；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)第一阶段冷却后的钢轨以5.1℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至537℃；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。
得到的珠光体钢轨的化学成分包括0.78重量％的C、0.73重量％的Si、0.94重量％的Mn、0.64重量％的Cr、0.049重量％的Cu、0.02重量％的Nb、0.007重量％的S、0.015重量％的P、余量的Fe和不可避免的杂质。
实施例2
制备高屈强比珠光体钢轨的方法具体包括：
将炉料依次经过电炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，热处理包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在898℃的钢轨，以1.2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为762℃；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)第一阶段冷却后的钢轨以4.3℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至478℃；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。
得到的珠光体钢轨的化学成分包括0.81重量％的C、0.76重量％的Si、0.95重量％的Mn、0.66重量％的Cr、0.059重量％的Cu、0.03重量％的Nb、0.0056重量％的S、0.014重量％的P、余量的Fe和不可避免的杂质。
实施例3
制备高屈强比珠光体钢轨的方法具体包括：
将炉料依次经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，热处理包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在907℃的钢轨，以1.8℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为745℃；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)第一阶段冷却后的钢轨以1.8℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至509℃；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。
得到的珠光体钢轨的化学成分包括0.82重量％的C、0.74重量％的Si、0.96重量％的Mn、0.65重量％的Cr、0.053重量％的Cu、0.02重量％的Nb、0.0045重量％的S、0.012重量％的P、余量的Fe和不可避免的杂质。
实施例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面温度在850℃的钢轨进行第一阶段冷却。
实施例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面进行冷却后，对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为800℃。
实施例6
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，进行第二阶段冷却时，对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至450℃。
对比例1
按照实施例1的方法实施，不同的是，热处理包括以下步骤：
S1、对终轧后轨顶面温度在890℃的钢轨，以3.8℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为545℃；
S2、将经过步骤(1)冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。
得到的珠光体钢轨的化学成分包括0.78重量％的C、0.73重量％的Si、0.94重量％的Mn、0.64重量％的Cr、0.049重量％的Cu、0.02重量％的Nb、0.007重量％的S、0.015重量％的P、余量的Fe和不可避免的杂质。
对比例2
按照实施例2的方法实施，不同的是，热处理包括以下步骤：
S1、对终轧后轨顶面温度在839℃的钢轨，以3.5℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为527℃；
S2、将经过步骤(1)冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。
得到的珠光体钢轨的化学成分包括0.81重量％的C、0.76重量％的Si、0.95重量％的Mn、0.66重量％的Cr、0.059重量％的Cu、0.03重量％的Nb、0.0056重量％的S、0.014重量％的P、余量的Fe和不可避免的杂质。
对比例3
按照实施例3的方法实施，不同的是，热处理包括以下步骤：
S1、对终轧后轨顶面温度在780℃的钢轨，以2.9℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为495℃；
S2、将经过步骤(1)冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温。
得到的珠光体钢轨的化学成分包括0.82重量％的C、0.74重量％的Si、0.96重量％的Mn、0.65重量％的Cr、0.053重量％的Cu、0.02重量％的Nb、0.0045重量％的S、0.012重量％的P、余量的Fe和不可避免的杂质。
对比例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面温度在970℃的钢轨进行第一阶段冷却。
对比例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面进行冷却后，对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为700℃。
对比例6
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，进行第二阶段冷却时，对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至430℃。
测试例
按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》测试实施例1-6和对比例1-6中制备的珠光体钢轨的屈服强度、抗拉强度、延伸率，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002731977670000151
Figure BDA0002731977670000161
从表1的结果可以看出，在钢轨具有相同的化学成分下，采用本发明所述的方法在确保钢轨金相组织为珠光体的前提下，能够得到屈服强度≥920MPa，抗拉强度≥1300MPa，屈强比≥0.7，延伸率≥11％的珠光体钢轨，与对比例相比各项指标均有较大提高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种制备高屈强比珠光体钢轨的方法，其特征在于，该方法包括将炉料依次经过转炉冶炼或电炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，热处理为多阶段冷却工艺，具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：对终轧后轨顶面温度在850-950℃的钢轨，以0.5-2℃/s的冷却速度对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720-800℃；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)第一阶段冷却后的钢轨以1-6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至450-550℃；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)第二阶段冷却后的钢轨放置在冷床上，将钢轨空冷至室温；
在制备过程中，控制钢液的化学成分，其中，以所述钢液的总重量为基准，所述钢液的化学成分包括0.7-0.85重量％的C、0.2-0.8重量％的Si、0.8-1.1重量％的Mn、0.5-0.7重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Cu、0.01-0.05重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用多机架万能法轧制方式对钢坯进行轧制。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热处理采用在线轧制余热淬火热处理方式。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面温度在890-950℃之间的钢轨进行第一阶段冷却。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，对终轧后轨顶面进行冷却后，对钢轨全断面进行冷却处理至钢轨轨顶面温度为720-770℃。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，进行第二阶段冷却时，对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面和轨头两下圆角进行加速冷却处理至470-540℃。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，该钢轨热处理采用的冷却介质为水雾和/或压缩空气。
8.权利要求1-7中任意一项所述的方法制备的高屈强比珠光体钢轨，其特征在于，以所述高屈强珠光体钢轨的总重量为基准，所述高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.7-0.85重量％的C、0.2-0.8重量％的Si、0.8-1.1重量％的Mn、0.5-0.7重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Cu、0.01-0.05重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质；
所述高屈强珠光体钢轨的屈服强度≥920MPa，抗拉强度≥1300Mpa，屈强比≥0.70，延伸率≥11％。
9.根据权利要求8所述的高屈强比珠光体钢轨，其特征在于，所述高屈强珠光体钢轨的化学成分包括0.76-0.82重量％的C、0.7-0.76重量％的Si、0.9-1重量％的Mn、0.6-0.65重量％的Cr、0.01-0.06重量％的Cu、0.02-0.04重量％的Nb、≤0.015重量％的S、≤0.02重量％的P、≤0.005重量％的Al、余量的Fe和不可避免的杂质。
10.根据权利要求8或9所述的高屈强比珠光体钢轨，其特征在于，所述高屈强珠光体钢轨全断面由片状珠光体组织和铁素体组织构成，其中，以所述高屈强珠光体钢轨的总重量为基准，所述片状珠光体组织的含量为99-99.5重量％，所述铁素体组织的含量为0.5-1.0重量％。
11.根据权利要求10所述的高屈强比珠光体钢轨，其特征在于，所述高屈强珠光体钢轨为重载铁路用高强度珠光体钢轨。
12.根据权利要求11所述的高屈强比珠光体钢轨，其特征在于，所述高屈强珠光体钢轨的轨型为75kg/m或136RE。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113930667B (zh) * 2021-09-03 2022-11-01 武汉钢铁有限公司 磨耗和滚动接触疲劳良好耦合的钢轨及其生产方法
CN114058824B (zh) * 2021-11-26 2023-12-08 武汉钢铁有限公司 一种提高热处理钢轨踏面硬度均匀性的生产方法及所得钢轨
CN114606377A (zh) * 2022-02-07 2022-06-10 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种去除钢轨中铁素体网组织的热处理方法
CN115233503A (zh) * 2022-08-05 2022-10-25 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种具有高屈服强度的中等强度钢轨及其生产方法
CN115261733B (zh) * 2022-08-18 2023-06-06 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种耐磨损耐腐蚀地铁用钢轨及其生产方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105803325B (zh) * 2016-04-28 2017-10-27 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种低裂纹敏感性低屈强比特厚钢板及其制备方法
CN107675084B (zh) * 2017-10-10 2019-05-10 攀钢集团研究院有限公司 高碳高强韧性珠光体钢轨及其制造方法
CN107475616B (zh) * 2017-10-10 2019-01-04 攀钢集团研究院有限公司 高强韧性珠光体钢轨及其制造方法
CN107675080B (zh) * 2017-10-10 2019-05-10 攀钢集团研究院有限公司 抗接触疲劳珠光体钢轨及其制造方法
CN107675083B (zh) * 2017-10-10 2019-05-10 攀钢集团研究院有限公司 强韧性珠光体钢轨及其制造方法
CN107723594B (zh) * 2017-10-10 2019-05-10 攀钢集团研究院有限公司 耐内部损伤性珠光体钢轨及其制造方法
KR102236852B1 (ko) * 2018-11-30 2021-04-06 주식회사 포스코 우수한 저항복비 및 저온인성 특성을 가지는 구조용강 및 그 제조방법
CN111254349A (zh) * 2019-11-29 2020-06-09 南京钢铁股份有限公司 一种用于单轨道岔极低屈强比钢及其生产方法

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