[发明专利]耐海洋环境腐蚀的钢轨

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢轨材料，具体涉及耐海洋环境腐蚀的钢轨。

背景技术

钢轨作为引导列车运行并将载荷传递至道床的结构件，直接关系到铁路的运输效率和行车安全。由于铁路长期暴露于自然环境中，因而铁路用钢不仅要满足各项力学性能要求，还同时要具有一定的耐腐蚀性能。在钢轨服役过程中，不仅要承受各项复杂应力作用，还将面临因长期腐蚀导致的失效问题。我国东南沿海铁路密集，行车密度大，通过总重高，由于长期在海洋环境中服役，钢轨锈蚀严重，在确保所需力学性能的基础上适当提高钢轨的耐腐蚀性能，使其至少满足一个大修周期的要求，避免因腐蚀问题提前更换下道将是今后亟待解决的问题。

研究表明，提高钢轨的耐腐蚀性能通常有以下三种方法：一是表层涂覆耐腐蚀液态材料，通过在钢轨表层人为覆盖一层与基体隔离的薄膜，避免钢轨基体与空气或其它介质接触，提高钢轨耐腐蚀性能；二是通过牺牲阳极提高钢轨的耐腐蚀性能；三是通过向普通碳素轨中添加Cu、Cr、Ni等耐腐蚀元素，提高钢轨基体的耐腐蚀性能。前述两种方法的耐腐蚀原理与本发明有本质不同，对于第三种方式，是目前国内外的重点研究方向。

申请号为201010034200.0的专利公开了一种具有优良强韧性能抗疲劳性能和耐磨性能耐蚀重轨钢，其基本合金体系中合金元素的重量百分含量为：C：0.55％～0.72％、Si：0.35％～1.1％、Mn：0.7～1.40％、Cr：0.2％～0.65％、Cu：0.2％～0.65％，余量为Fe，在上述基本成分基础上，同时添加一种或几种微合金元素Nb、V、Ti、Ni、Mo，其中Nb：0.01％～0.055％、V：0.05％～0.10％、Ti：0.001％～0.05％；Ni：0.1％～0.3％、Mo：0.15％～0.3％。该专利采用了在现有碳素钢轨钢的基础上添加Cr、Cu等廉价耐腐蚀合金元素的方式提高钢轨的耐腐蚀性能；同时，根据性能的需要添加V、Nb、Ti等合金元素，依据添加量不同在钢中发挥固溶或析出强化作用，最终提高钢轨的强韧性。研究表明，在低碳或超低碳钢中添加Cr、Cu、Ni等元素同时增加提高耐腐蚀性能显著的P元素含量，可以在原有碳素钢的基础上显著提高耐大气及海洋环境性能，如我国早期研制的09CuPTiRE、09CuPCrNi耐候钢等。对于如钢轨等高碳钢，添加Cr、Cu、Ni元素对于组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响与低碳钢有类似之处，同时也存在明显不同。首先，Cr含量是目前钢轨钢普遍采用的强化元素，提高Cr含量不仅对强韧性提高显著，同时也能够提高耐腐蚀性能；添加0.2％～0.65％的Cu以及根据需要添加0.1％～0.3％的Ni能够略微提高钢轨的强硬度指标而不损失韧塑性；对于耐腐蚀性能，如钢中P含量≤0.025％，其对提高钢轨耐腐蚀性能的贡献有限。同时，Cu含量超过0.5％以后，还将引起焊接性能特别是铝热焊冲击韧性的恶化并增加铜脆的倾向性，不利于钢轨的服役安全。此外，该专利中碳含量上限为0.72％，并且采用热轧态钢轨直接上道应用，钢轨强度级别较低，仅能满足高速及普通客货混匀铁路需要，难以满足大轴重、大运量重载铁路运输需求。因此，亟需一种耐海洋环境腐蚀的热处理钢轨满足铁路发展需要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供耐海洋环境腐蚀的钢轨。

本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨，采用如下热处理方法制备得到：将热轧后处于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为2～5℃/s，直到轨头踏面温度降至480℃以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120nm，钢轨成品的抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥10％。

其中，加速冷却可以通过对钢轨的轨头踏面及轨头两侧施加冷却介质来进行。

进一步的，本发明的钢轨化学成分优选由以下重量百分比的元素组成：C：0.71％～0.80％、Si：0.30％～0.80％、Mn:0.80％～1.20％、Cr:0.15％～0.35％、V：0.04％～0.12％、Cu：0.30％～0.50％、Ni：Cu含量的1/2、P：0.03％～0.05％、S：≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。更优选由以下重量百分比的元素组成：C：0.77％、Si：0.80％、Mn：1.12％、P：0.042％、S：0.012％、Cr：0.35％、Cu：0.50％、Ni：0.25％、V：0.09％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本领域常用的冷却介质均适用于本发明，优选为介质为压缩空气、水雾混合气或油气混合气。