[发明专利]一种合金体系及其贝氏体钢轨的热处理方法以及贝氏体钢轨

说明书

技术领域

本发明属于贝氏体钢轨的热处理技术领域，具体是涉及一种合金体系及其贝氏体钢轨的热处理方法以及贝氏体钢轨。

背景技术

我国重载铁路年运输量已经超亿吨，其中两条运煤重载铁路干线朔黄铁路年运煤量超2亿吨、大秦铁路的年运煤量运煤量超4亿吨。火车轴重也不断提高，朔黄铁路轴重30吨重载列车试验成功。随着铁路运量的提高，抗拉强度980MPa级珠光体钢轨的严重伤损已经成为铁运输量提高的瓶颈。选择1200MPa级以上的低合金高强度贝氏体钢轨，成为了近十年来重载铁路钢轨开发的主要方向。

在低合金高强度贝氏体钢轨技术领域，先后有多达十余项专利获得了授权，具体如下：发明专利号：02158853.8，抗磨损、高强韧性准贝氏体钢轨及其制造方法。发明专利号：200510047907.4，具有优异的抗疲劳性能的贝氏体组织的钢轨及其生产方法。发明专利号：2011104191837，一种高强度贝氏体钢轨及其热处理工艺。发明专利号：2011100778921，一种耐腐蚀贝氏体钢轨。发明专利号:98112095.4，高速准高速铁路道盆高性能耐磨钢及其制作方法。发明专利号：2009100635812，一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法。发明专利号：02158852.X，抗磨损、高强韧性准贝氏体道岔钢轨及其生产工艺。发明专利号：200610012673.4，铁路辙叉专用含钨贝氏体锻钢及其制造方法。发明专利号：99800029.9，具有高抗表面疲劳伤损性和高耐磨性的贝氏体钢钢轨。发明专利号：94101720.6，具优异的耐滚动疲劳伤损性的贝氏体系高强度钢轨的制造方法。

上述专利技术均采用了中C高Si高Mn合金体系中添加Cr、Mo、Ni以及V、Nb等合金微合金元素的无碳贝氏体钢的技术路线。目的是希望仅采用热轧生产就能获得空冷条件下贝氏体微观组织，从而获得高强度和高塑韧性能。然而无碳贝氏体的的核心特征依然是上贝氏体中的板条贝氏体铁素体和残余奥氏体的结构形貌特征。经过学者的研究通过Si、Mn、Mo的合金含量的调控，抑制了贝氏体铁素体板条的过分长大同时，使准贝氏体中残余奥氏体数量尺寸得到有效控制，微观观察是近似于非等轴铁素体形貌，但是部分奥氏体却以马氏体相变的形式存在，更加深入微观分析表明，准贝氏体依然具有板条贝氏体铁素体形貌，即所谓的形成了新型的Si-Mn-Mo系列非典型的准贝氏体钢，这种贝氏体依然不能完全摆脱板条贝氏体铁素体相貌特征，即上贝氏体组织特征，然而随着Mn、Mo含量的增加却增加了钢轨截面局部马氏体组织数量增加的可能性不能得到有效控制，目前文献公布的准贝氏体钢中均含有少量的马氏体组织，这种混合组织钢轨在实际应用中效果并不十分理想。

在具体的实际生产和应用表明，所谓的热轧空冷贝氏体钢轨均需要轧后的回火处理，以利于降低贝氏体钢本身固有的高残余应力，来保证钢轨服役性能的稳定性。即便如此，检测分析表明贝氏体钢轨的残余应力依然高于珠光体钢轨。同时由于钢轨型钢截面变化大，以及贝氏体组织对冷却条件敏感的特点，实际热轧生产中贝氏体钢轨，无论是无碳贝氏体还是准贝氏体钢轨因其高硅锰含量，钢轨不同部位冷速的不一致会明显造成成分偏析、局部产生马氏体组织或残余奥氏体粗大化，残余应力过高，时效特征明显，钢轨通体性能不一致、截面性能变化大的特点十分突出，在受到外界力作用时如轮轨接触摩擦等条件下，局部微观组织和性能出现剧烈变化，而发生断轨、剥离、鱼鳞伤等现象。其结果是上道服役寿命出现好坏参半现象，使贝氏体钢轨的推广一直受到限制。稳定和延长贝氏体钢轨的服役寿命已成为贝氏体钢轨开发的重点。