CN115852114A - 新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法，辙叉用钢按质量百分比计包含0.26‑0.35％的C。方法包括以下步骤：S1，将冶炼、浇铸后获得的钢坯加热至1250～1300℃；S2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；S3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理，所述热处理终冷温度为100～200℃；S4，对热处理冷却至终冷温度的辙叉用钢进行保温处理，所述保温处理时间为3～5h；S5，对保温处理后的辙叉用钢进行回火。本发明的方法能够通过热处理控制组织，在保证现有在线热处理贝氏体钢轨强韧性同时，提高钢轨运行安全性，满足重载铁路用辙叉用钢要求。

Description

新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法。

背景技术

辙叉在服役过程中受到来自车轮复杂的交变载荷的作用，辙叉的工作条件非常苛刻。辙叉是铁路线路中受力最严重、受损最严重的部件。

传统高锰钢辙叉铸态组织是奥氏体、珠光体和碳化物的混合组织。为了获得单相奥氏体组织，国内外通常对高锰钢进行水韧处理。将高锰钢辙叉加热至奥氏体化温度，并保温一定时间后，然后快速冷却至常温。经水韧处理后，高锰钢辙叉的强度、塑韧性得到显著提高。高锰钢辙叉具有良好的加工性，在冲击载荷和接触应力的相互作用下，位错密度增加，位错发生交割、塞积，溶质原子与位错交互作用，使高锰钢辙叉得到强化。强化后高锰钢辙叉硬度急剧升高，表层产生高密度位错和孪晶生成，使表层耐磨性提高，心部仍保持良好韧性。高锰钢辙叉须在巨大的冲击载荷或压力下才能充分产生硬化。通常采用爆炸硬化的方法提高高锰钢辙叉表层的硬度。经爆炸硬化后，高锰钢辙叉的服役周期显著提高。但铸造后存在一定的缩孔、疏松等缺陷，表面会出现裂纹或塌陷，导致高锰钢辙叉耐磨性降低。

由此，贝氏体辙叉的综合性能仍有进一步提升的空间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法，通过热处理控制组织，在保证现有在线热处理贝氏体钢轨强韧性同时，提高钢轨运行安全性，满足重载铁路用辙叉用钢要求。

为了解决上述技术问题中的至少一项，本发明采用以下技术方案：

根据本发明，提供一种新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法，所述辙叉用钢按质量百分比计包含0.26-0.35％的C，所述方法包括以下步骤：S1，将冶炼、浇铸后获得的钢坯加热至1250～1300℃；S2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；S3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理，所述热处理终冷温度为100～200℃；S4，对热处理冷却至终冷温度的辙叉用钢进行保温处理，所述保温处理时间为3～5h；S5，对保温处理后的辙叉用钢进行回火。

根据本发明的一个实施例，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.30～0.35％的C，1.20～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，1.0～1.50％的Cr，0.40～0.80％的Mo，0.30～0.70％的Ni，0.01～0.08％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，加热时间控制在200～500min。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，轧制或锻造的终冷温度为950～1000℃，轧制压缩比或锻造比≥4:1。

根据本发明的一个实施例，步骤S3中，所述热处理的开冷温度为740～820℃，冷却速率为10～15℃/s。

根据本发明的一个实施例，步骤S5中，保温处理后的辙叉用钢以30～50℃/s升至250～350℃回火保温6～120h。

根据本发明的一个实施例，步骤S5中，回火后的辙叉用钢随炉缓慢冷至室温。

根据本发明的一个实施例，浇铸全程进行保护浇铸。

在根据本发明的实施例的新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法中，通过热处理控制组织，在保证现有在线热处理贝氏体钢轨强韧性同时，提高钢轨运行安全性，满足重载铁路用辙叉用钢要求。采用该方法生产的新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥15％，断面收缩率≥50％。耐磨性能提高30％，特别适合轴重＞25吨，年运量＞3亿吨铁路辙叉使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明实施例的新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

贝氏体辙叉用钢是指加热至奥氏体化，经空冷或热处理后形成具有贝氏体组织形貌的钢种。贝氏体辙叉用钢具有高强度、高韧性。贝氏体辙叉用钢以空冷贝氏体钢为基础，辅以添加Si、Cr、Ni等合金元素，在空冷条件下获得贝氏体组织；并且，奥氏体化后通过对贝氏体加速冷却，以等温处理、空冷、控制冷却等方式实现贝氏体辙叉用钢组织和性能的目的。

马氏体随含碳量的不同呈不同的形貌特征，淬火后马氏体间分布着薄膜状或块状的残留奥氏体，含量为6-15％。受热处理工艺及材料成分等因素的影响，贝氏体辙叉用钢显微组织中除了马氏体和残留奥氏体，还出现了其他组织。

图1示出根据本发明实施例的新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法的流程图，辙叉用钢按质量百分比计包含0.26-0.35％的C，总体包括以下步骤：

S1，将冶炼、浇铸后获得的钢坯加热至1250～1300℃；

S2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；

S3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理，所述热处理终冷温度为100～200℃；

S4，对热处理冷却至终冷温度的辙叉用钢进行保温处理，所述保温处理时间为3～5h；

S5，对保温处理后的辙叉用钢进行回火。

本发明通过采用0.24～0.35％的C在高的淬火温度处理后从过饱和的马氏体中充分扩散到未转变奥氏体中，将未转变奥氏体稳定化，再在最终冷却至室温时保留下来。在根据本发明的实施例的新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法中，按质量百分比计，辙叉用钢的成分优选为：0.30～0.35％的C，1.20～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，1.0～1.50％的Cr，0.40～0.80％的Mo，0.30～0.70％的Ni，0.01～0.08％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

在一些实施例中，步骤S1至步骤S2可采用以下参数：冶炼浇铸后，将钢坯加热至1250～1300℃，保温时间为200～500min。钢坯经过除磷后进行轧制或锻造，其中轧制或锻造的终冷温度为950～1000℃，轧制压缩比或锻造比≥4:1。

当辙叉用钢经热处理降温至终冷温度时，在步骤S4对辙叉用钢进行保温处理。将贝氏体辙叉用钢加热到奥氏体化温度保温一段时间，然后淬火到马氏体相变区间内的某一温度，再在此温度或高于此温度保温，使过饱和的马氏体中的碳向未转变的奥氏体中扩散，最后淬火至室温，得到由马氏体和富碳的稳定的残余奥氏体组成的具有高强度和较好塑性韧性的混合组织。

在一些实施例中，步骤S4中，保温处理后的辙叉用钢以30～50℃/s升至250～350℃回火保温6～120h。贝氏体辙叉用钢通过淬火至100-200℃马氏体相变温度区间内，保温一定时间，在迅速升至回火保温温度，会产生较多的残余奥氏体，对钢的性能产生重大影响。即稳定的残余奥氏体，会增加钢的塑性。其中，回火时间主要与加热介质、炉温、钢的化学成分、组织、试样尺寸形状、装炉方式和装炉量等有关，而试样尺寸形状和组织对回火时间影响最为明显。辙叉用钢截面厚度通常可以达到116mm，按照回火常用经验公式(1)：

T＝a×K×D (1)

式中，T--加热时间min；a——加热系数min/mm与工件尺寸、加热介质、钢的化学成分有关；K——装炉修正系数(取1.5－2.0)；D——零件有效厚度mm)

计算回火时间最低为300min，既5h。

同时，在本发明的实施例中，辙叉用钢尽享组织为贝氏体+马氏体复合+残奥等复合组织，组织中马氏体和残奥含量较小，回火过程转变又收到贝氏体组织挤压影响，转变速率极低，需要的回火时间长。通过试验研究表明，回火时间最长需要120h，国际贝氏体材质最长时间达到30余天。

在一些实施例中，浇铸全程进行保护浇铸，以控制辙叉用钢的氮、氢、氧含量。

下面根据具体的实施例进行说明。

本发明实施例和对比例的辙叉用钢经全程保护浇铸，其中以质量百分数计，实施例1～5的主要化学成分如表1所示，对比例1～4与实施例1～4成分相同。

表1实施例和对比例辙叉用钢的化学成分/％

实施例和对比例采用相同的加热工艺，加热温度为1250-1300℃，加热时间控制在200-500min。采用相同的轧制或锻造参数，轧制或锻造的起始温度为950～1000℃，轧制压缩比或锻造比≥4:1。采用不同的热处理工艺，如表2所示。

表2实施例和对比例热处理工艺

实施例和对比例按照TB/T 2344《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》要求，按拉伸试样取样位置加工拉伸试样并检验。同时，按金相试样检验位置进行金相组织检验。拉伸和金相数据统计如表3所示。

表3实施例和对比例钢轨拉伸性能

结合表1至表2，对比例的成分设计、加热工艺、轧制工艺的相关参数不在预定范围内。如表3所示，采用该方法生产的新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥15％，断面收缩率≥50％。耐磨性能提高30％，特别适合轴重＞25吨，年运量＞3亿吨铁路辙叉使用。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型高强耐磨贝氏体辙叉用钢的生产方法，其特征在于，所述辙叉用钢按质量百分比计包含0.26-0.35％的C，所述方法包括以下步骤：

S1，将冶炼、浇铸后获得的钢坯加热至1250～1300℃；

S2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；

S3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理，所述热处理终冷温度为100～200℃；

S4，对热处理冷却至终冷温度的辙叉用钢进行保温处理，所述保温处理时间为3～5h；

S5，对保温处理后的辙叉用钢进行回火。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.30～0.35％的C，1.20～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，1.0～1.50％的Cr，0.40～0.80％的Mo，0.30～0.70％的Ni，0.01～0.08％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，加热时间控制在200～500min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，轧制或锻造的终冷温度为950～1000℃，轧制压缩比或锻造比≥4:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述热处理的开冷温度为740～820℃，冷却速率为10～15℃/s。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，保温处理后的辙叉用钢以30～50℃/s升至250～350℃回火保温6～120h。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S5中，回火后的辙叉用钢随炉缓慢冷至室温。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浇铸全程进行保护浇铸。

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