[发明专利]热轧贝氏体钢轨及其制备方法

说明书

本发明涉及一种热轧贝氏体钢轨及其制备方法。该热轧贝氏体钢轨的化学成分按照重量百分比计包括：0.15‑0.35％的C，0.70‑1.80％的Si，1.40‑2.40％的Mn，0.40‑1.20％的Cr，0.10‑0.50％的Mo，0.1‑0.8％的Ni，0.01‑0.07％的Nb，0.05‑0.20％的V，其Nb+V≤0.30％，小于0.012％的P，小于0.010％的S，La：5‑20ppm，Ce：5‑20ppm，N：80‑130ppm，H：≤1.5ppm，其余为铁元素及不可避免的杂质。该热轧贝氏体钢轨具有高强度、高塑性和高冲击韧性，制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，特别涉及一种热轧贝氏体钢轨及其制备方法。

背景技术

中国铁路的迅猛发展要求各钢轨生产厂家不断地提升钢轨质量，对钢轨的综合性能提出日趋苛刻的要求，期望钢轨获得更高水平的耐磨性和塑性，目前普遍使用的珠光体钢轨，由于其成分和组织结构的特点其强韧性基本发挥到极限，且冲击韧性、断裂韧性也较低。而贝氏体钢轨具有良好的强度、塑性、冲击韧性、耐磨性、耐滚动接触疲劳性能备受全世界各国的青睐。由于资源分布和使用的地域差异性越来越凸显，重载铁路的运输会越来越繁忙，提高单位轴重可降低重载运输成本，国内新建重载铁路轴重基本达到30吨，国外的重载线路轴重已超过35吨。重载运输对钢轨耐剥离掉块即耐滚动接触疲劳性能提出了更高的要求，贝氏体钢轨恰好以其优异的耐滚动接触疲劳性能满足了这种要求。

但是随着贝氏体钢轨使用范围的扩大和使用环境的恶劣，对其综合力学性能提出更高的要求，随着强度的提高，贝氏体钢轨的韧性略显不足，尤其是低温冲击韧性，强度与韧性的突出矛盾成为急需解决的研究难题。目前国内外使用的贝氏体钢轨其强度级别为1300MPa，提高钢轨强度主要有两个途径：一、增加提高淬透性的合金元素；二、通过热处理工艺来实现，在线控冷或轧后正火+回火。通过添加元素提高钢轨的强韧性，主要是加入较多的昂贵合金元素Mo、Ni，导致生产过程中的能耗增加，不利于提高经济效益。

美国的J6贝氏体钢轨，热轧钢轨强度级别达到1400MPa，轨头延伸率仅为5.0％，断面收缩率6.4％。强度级别的提高主要是合金元素含量过高，尤其是提高淬透性的元素Mn2.00％，Cr1.94％，Mn+Cr达到了3.94％，提高淬透性的元素含量达到这么高的水平，轧态组织中会出现较高比例的马氏体，且偏析严重。

公开号为CN103160736A的专利提供一种高强度贝氏体钢轨及其热处理工艺，通过热处理工艺来生产抗拉强度大于1400MPa的贝氏体钢轨，钢轨热轧后或热轧钢轨空冷至室温再重新加热至850-1000℃奥氏体化后：钢轨轨头以0.3-15℃/s的冷速冷却到620-570℃，低于620-570℃时，以0.5-5℃/s的冷速冷至350-200℃，随后空冷至室温。控冷后钢轨加热至250-450℃进行回火处理。不仅使生产工序繁杂，控制不当还会造成上贝氏体的形成，尤其是大块M-A岛的形成，残余奥氏体发生分解，析出碳化物，反而会使韧性不利。

公开号为CN102534387A的专利提供1500MPa级高强韧性贝氏体/马氏体钢轨及其制造方法，通过合金设计和轧后控冷来提高钢轨的强度，虽然RE含量0.01-0.05％之间，但没有明确其固溶稀土含量，冶炼中加入大量稀土工艺的可行性和科学性并没有科学依据。

公开号为CN101613830B的专利申请介绍了一种热轧贝氏体钢轨及生产工艺，其成分设计中采用复合式方法加入Nb、V、Ti，Ti属于强碳化物形成元素，其未溶的强碳化物硬质相较粗大，容易成为疲劳裂纹源，降低冲击韧性。

贝氏体钢轨的强化主要通过相变强化、固溶强化、位错强化、第二相(析出)强度。有的贝氏体钢轨采用无碳化物贝氏体，强化方式较为单一，提高强度只能增加提高淬透性元素的含量，较为经济的元素为C、Mn、Cr，组织中会出现大量的马氏体，或者成为马氏体/贝氏体复相钢，这类钢需经过热处理来改善其轧态性能。