CN115354221B - 一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.85～1.00％；Si：0.5～0.7％；Mn：0.85～1.05％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr+Nb：0.25～0.45％；Ce：0.001～0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。还公开了其生产方法。本发明的钢轨材料的抗拉强度≥1350MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。

Description

一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢轨生产技术领域，尤其涉及一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨及其生产方法。
背景技术
我国铁路建设正向着“客运高速化，货运重载化”方向快速发展，列车运行速度、载重量和运行密度显著增加，钢轨的使用环境也变得更为苛刻，钢轨磨耗和疲劳伤损等问题日益严重，严重影响了钢轨使用寿命和行车安全。
目前国内外钢轨厂家普遍采用了在线热处理工艺来提高钢轨强度和硬度，以提高其使用性能。钢轨在线热处理主要是利用轧制后钢轨的余温，对轨头进行加速冷却，获得更细化的珠光体组织，提高钢轨强度和硬度。横断面洛氏硬度是关系到热处理钢轨使用性能的一项关键指标，目前国内钢厂钢轨在线热处理工艺一般是对轨头表面采用基本恒定的冷却速度，热处理钢轨的横断面洛氏硬度从轨头表面到钢轨内部是逐渐下降的，表层材料具有良好的耐磨性，同时内部硬度降低，保证材料具有一定的韧性。但是在重载线路上，列车轴重大，表层材料磨损较快，钢轨的耐磨性明显下降，影响钢轨使用寿命；而如果将整个轨头材料全部硬化，钢轨的韧性又会显著下降，威胁到行车安全。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.85～1.00％；Si：0.5～0.7％；Mn：0.85～1.05％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr+Nb：0.25～0.45％；Ce：0.001～0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其热处理工艺为在线，具体为：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至450℃～550℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明通过钢轨在线热处理工艺可以大大提高钢轨使用寿命，延长大修周期，钢轨在线热处理工艺利用轧制余热在生产线上直接冷却钢轨，使其轨头硬化层得到细珠光体组织的一种高强度钢轨。有效增加奥氏体向珠光体转变的过冷度，获得片层间距更小的珠光体，使钢轨钢的强度和硬度提高；热处理方法生产成本低，质量好。适合于大规模生产，具有良好的推广价值。
本发明的钢轨材料的抗拉强度≥1350MPa，伸长率≥9％，钢轨踏面硬度≥400HB。
具体实施方式
下面结合具体实施例子对本发明作进一步的详细说明，以便于更加清楚地了解本发明。
一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨，其以质量百分计其化学成分包括：C：0.85～1.00％；Si：0.5～0.7％；Mn：0.85～1.05％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr+Nb：0.25～0.45％；Ce：0.001～0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
该钢材中C成分设计与Fe有较大的固溶度，具有固溶强化作用，提高钢材的强度和硬度。该材料中所添加的主要合金元素Mn、Cr、Ni可提高钢轨强度和韧性，Mn在钢轨钢中是固溶强化元素，提高钢轨硬度和强度，降低珠光体的转变温度，从而降低珠光体片层间距，间接地提高钢轨的韧性和塑性。还可阻止先共析渗碳体的形成，并与s形成稳定MnS，降低S的危害作用。但当Mn含量小于0.50％时，上述作用不显著，当Mn含量超过1.50％时，会降低钢轨钢的韧性，并明显降低钢轨钢产生马氏体的临界冷速，在生产过程中因偏析，易形成马氏体和贝氏体等异常组织，从而增加钢轨断裂的危险。因此，Mn含量限制在0.50％到1.50％之间。Cr在钢轨钢中也是固溶强化元素，可提高钢轨钢的硬度和强度，降低珠光体的转变温度，细化珠光体片层间距，其强化作用与Mn相似。Cr的加入提高了钢轨钢铁素体基体的硬度，另外，Cr能置换渗碳体(Fe3C)中的Fe原子，形成合金渗碳体，从而明显强化渗碳体，增加钢轨钢的耐磨性。但当Cr含量小于0.15％时，钢轨钢强度增加不明显，当Cr含量超过1.20％时，产生马氏体的临界冷速明显降低，易形成贝氏体或马氏体组织，从而增加钢轨断裂的危险。因此，Cr含量控制在0.30到0.50％之间。
一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨的生产方法：
热处理工艺为在线，具体为：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至450℃～550℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温。
表1钢轨化学成分及性能
C Si Mn P S Cr+Nb Ce
实例1 0.95 0.63 0.88 0.014 0.004 0.45 0.001
实例2 0.98 0.58 0.97 0.009 0.003 0.35 0.002
实例3 0.94 0.68 0.94 0.012 0.004 0.31 0.002
表2钢轨力学性能
出口温度，℃ 踏面硬度，HB 抗拉强度，MPa 伸长率，％ 显微组织
实例1 475 417 1402 9 P+F(微)
实例2 505 409 1393 9.5 P+F(微)
实例3 532 404 1383 9.5 P+F(微)
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨，其特征在于：包括如下质量百分比的化学成分：C：0.95%；Si：0.63%；Mn：0.88%；P:0.014%；S:0.004%；Cr+Nb：0.45%；Ce：0.001%，余量为Fe及不可避免的杂质；
其热处理工艺为在线，具体为：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至475℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温；
钢轨抗拉强度为1402MPa。
2.一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨，其特征在于：包括如下质量百分比的化学成分：C：0.98%；Si：0.58%；Mn：0.97%；P:0.009%；S:0.003%；Cr+Nb：0.35%；Ce：0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质；
其热处理工艺为在线，具体为：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至505℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温；
钢轨抗拉强度为1393MPa。
3.一种含铬、铌、稀土高强耐磨钢轨，其特征在于：包括如下质量百分比的化学成分：C：0.94%；Si：0.68%；Mn：0.94%；P:0.012%；S:0.004%；Cr+Nb：0.31%；Ce：0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质；
其热处理工艺为在线，具体为：入口温度为680～780℃,以2～3℃/s的冷速冷却至532℃后空冷，钢轨出热处理线后自然空冷至室温；
钢轨抗拉强度为1383MPa。
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