[发明专利]耐延迟断裂性能优异的含硼贝氏体钢轨及其生产方法

说明书

本发明提供耐延迟断裂性能优异的含硼贝氏体钢轨及其生产方法，该钢轨成分按重量百分比计如下：C]：0.18％‑0.26％；[Si]：1.30％‑1.70％；[Mn]：1.75％‑2.15％；[Cr]：0.30％‑0.70％；[Mo]：0.15％‑0.40％，[P]≤0.020％，[S]≤0.010％，[B]：0.0006％‑0.0015％，[Ti]：0.01％‑0.03％，[H]：≤0.00017％，其余为铁及不可避免杂质元素；生产方法包括炼—连铸—铸坯加热—热轧—热处理，所述热处理为钢轨热轧以后空冷至700℃±60℃或600℃±60℃，之后以0.5℃/s‑4℃/s的冷速冷却到300℃±40℃，随后空冷至室温。应用本发明生产的贝氏体钢轨经在线热处理就可以在铁路上应用，并且钢的耐延迟断裂性能得到提升。

技术领域

本发明属于金属加工领域，尤其涉及一种具有优异耐延迟断裂性能的含硼贝氏体钢轨。

背景技术

从上世纪70年代至今，贝氏体钢轨的开发已经有近50年的历史。贝氏体钢轨由于其优异的应用性能而被誉为二十一世纪的钢轨。截至目前，贝氏体钢轨的应用还是很有限的，这主要受制于贝氏体钢轨的性价比较低、生产技术还无法满足大规模工业化生产的要求。

目前公开的贝氏体钢轨化学成分范围过宽，给钢轨产品质量控制带来困难。试验研究表明：在钢轨热轧后连续空冷的条件下，贝氏体组织一般由奥氏体高、中、低温转变产物构成，当钢的化学成分范围过于宽泛时，上述高、中、低温组织构成比例及尺度将发生更大变化，因此会引起产品性能发生较大的波动，不利于产品质量的稳定，更不利于焊接质量的控制。

贝氏体钢轨强度已经达到高强(1200MPa)或超高强(1400MPa)钢级别，对高强钢而言，耐延迟断裂能力随着强度的提高而下降，因此一般情况下高强度贝氏体钢轨的耐延迟断裂性能低于珠光体钢轨，具体体现在延伸率偏低、疲劳裂纹扩展速率偏高等。因此提高贝氏体钢轨的耐延迟断裂能力，提高钢对既有冶金流程控制水平的工艺适应性，是成功生产贝氏体钢轨必须要解决的问题。延迟断裂一般是由钢中的残氢比较高造成的，因此，提高钢的耐延迟断裂性能主要通过控制残氢量来实现，但是将残氢量控制在0.0001％以下给钢的冶金生产带来较大压力。

发明《具有高抗表面疲劳损伤性和高耐磨性的贝氏体钢钢轨》(申请号：99800029.9)公开了的贝氏体钢轨化学成分为“碳0.15％-0.45％，硅0.1％-2.00％，锰0.20％-3.00％，铬0.20％-3.00％，再加上一种或多种从下列元素组中选择的元素：钼0.01％-1.00％，铜0.05％-0.50％，镍0.05％-4.00％，钛0.01％-0.05％，钒0.01％-0.30％，铌0.005％-0.05％，硼0.0001％-0.0050％，镁0.0010％-0.0100％，钙0.0010％-0.015％。”虽然含硼，但化学成分范围均很宽泛，给钢轨产品质量控制带来困难。该发明限定了钢中碳化物的组织特征“一种具有良好抗表面疲劳损伤和耐磨性的贝氏体钢轨钢，至少部分含有贝氏体组织，其特征在于其长轴处于100nm～1000nm之间的碳化物在所述贝氏体组织一给定断面上所占的总面积为该断面的10％～50％之间。”

发明《改进的无碳化物贝氏体钢及其生产方法》(申请号：96192013.0)公开的贝氏体钢的化学成分包括C0.05-0.50％，Si和/或Al 1.00-3.00％，Mn0.50-2.50％，Cr0.25-2.50％，Ni0-3.00％，S0-0.025％，W0-1.00％，Mo0-1.00％，Cu0-3％，Ti0-0.10％，V0-0.50％，和B0-0.005％，Fe余和伴随的杂质。虽然含硼，但化学成分范围很宽泛，给钢轨产品质量控制带来困难。该发明也未提出具体的工艺参数，对于生产工艺仅提出“从其轧制温度在空气中连续自然冷却该钢轨至室温，或加速冷却该钢轨至室温”。