[发明专利]一种确定U71Mn钢轨中氮含量上限的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定U71Mn钢质的钢轨中氮含量上限的方法，属于冶金工业生产的金属材料领域。

背景技术

一般来说，钢中的氮元素对钢质是有害的，会使钢变脆。钢轨用于铁路运输上，钢轨的质量关系到旅客的生命安全及货物安全。U71Mn钢轨是目前我国铁路常用的钢轨，但目前铁道部并未对钢铁企业生产的U71Mn材质的钢轨中氮含量有明确要求，因此该问题值得研究。

虽然氮含量对U71Mn钢轨是有害的，但研究表明氮含量对钢轨的常规力学性能影响不明显，因此需要采取其它方法。

据2008年第1期《天津冶金》的“一种高钴镍超高强度钢力学性能的研究”报道，文章研究了随着钢中碳含量的增加，断裂韧性随之降低，但文中未提及钢中氮含量如何对断裂韧性产生影响。

据2001年第3期《中国铁道科学》的“PD3及BNbRE钢轨断裂韧性K_Ic的研究”报道，文章只是对断裂韧性进行了研究，但并未研究氮含量对断裂韧性的影响。

据2008年第5期《钢铁》的“一种低合金超高强度钢组织与性能的研究”报道，文章研究了不同的热处理制度对钢的拉伸、冲击和断裂韧性的影响，但并未对钢中氮含量如何影响断裂韧性进行研究。

据2005年第1期《西北工业大学学报》的“超高强钢23Co14Ni12Cr3强韧性的优化配合”报道，该文章研究了不同的热处理制度对断裂韧性的影响，但文章并未研究钢中氮含量对断裂韧性的影响。

据2008年第4期《金属学报》的“1500Mpa级40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性”报道，文章研究了不同硅含量对40CrNi3MoV钢的断裂韧性进行了研究，但文中未研究氮含量对断裂韧性的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够保证钢轨质量可靠的一种确定U71Mn钢轨中氮含量上限的方法。

技术解决方案

本发明将钢轨的断裂韧性与钢轨中的氮含量对应起来，钢轨中的氮含量重量与钢轨重量之比≤94×10^-6，钢轨的质量是可靠的。

本发明钢轨的断裂韧性与钢轨中的氮含量的关系式为：y＝-0.159x＝45.62，其中：x为氮含量，y为断裂韧性，上述回归关系式中的相关系数平方为0.8508。

本发明由于将钢轨的断裂韧性与钢轨中的氮含量对应起来，从而明确了U71Mn钢轨的氮含量上限，使得钢轨中的氮含量重量与钢轨重量之比≤94×10^-6的条件下，保证了钢轨质量的可靠性。

附图说明

图1为本发明钢中氮含量与钢轨断裂韧性的关系图。

具体实施方式

见图1，氮含量与断裂韧性回归结果表明，随着氮含量的增加，钢轨的断裂韧性呈明显的下降趋势，由于其相关系数达到0.92，因此这种趋势较明显。因此，氮对U71Mn高速钢轨是有害的。图1中的断裂韧性值为表2中断裂韧性的平均值。

1、氮含量与常规力学性能的关系

将U71Mn钢轨中的氮含量分为N≤60ppm(1ppm＝10^-6)和N在60～94ppm区间内两个部分，对生产的U71Mn材质钢轨的力学性能进行了统计，其中N≤60ppm的高速轨有203炉，N在60～94ppm区间内共有33炉。

由表1可见，虽然钢中氮含量的范围不同，但抗拉强度和延伸率无明显的差异。表1工业生产的高速轨性能统计

2、氮含量与断裂韧性的关系

对U71Mn钢进行低温-20℃下断裂韧性的检测，样本数共为10个，其氮含量及其对应的断裂韧性值如下表所示。

由表2可见，随着氮含量的增加，钢轨的断裂韧性呈下降趋势。

铁道部对钢轨的断裂韧性有明确的要求，根据中华人民共和国铁道行业标准TB/T2344-2003，要求钢轨在-20℃下断裂韧性的最小值不小于26Mpa m^1/2，平均值不小于29Mpa m^1/2。由表2可见，U71Mn钢轨中的氮含量为94ppm，钢轨的断裂韧性是满足标准要求的。

表2U71Mn钢轨不同氮含量下的断裂韧性