[发明专利]一种超高强韧性导向轨钢材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧性导向轨钢材，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.46～0.57％、Si 3.60～4.50％、Mn 4.5～5.1％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.2～2.7％、Cr 2.5～3.5％、Co 2.5～3.5％，其余为Fe和杂质元素。本发明首次提出采用高硅、高锰、高钴的成分设计，对钢材的组成和组织结构进行优化，所得钢材强度高、韧性好，可满足胶轮导轨小半径曲线、高剪切力作用下导向要求，保证钢轨不发生断裂，满足城市轨道交通发展需求，为解决城市拥堵、减少汽车排放，发展我国新型公共环保交通方式的发展提供支撑；且涉及的制备方法简单，能耗低，适合推广应用。

技术领域

本发明属于钢铁冶金及材料领域，具体涉及一种超高强韧性导向轨钢材及其制备方法。

背景技术

胶轮导轨电车是一种地面公共交通工具，依靠轨道导向和电力推动列车。具有运能较大、噪音小、节约能源、乘坐舒适、爬坡能力强优点，在大城市可以作为地铁、轻轨的加密网络，在中小城市可作为交通骨干。由于胶轮导轨电车较钢轮钢轨电车爬坡能力强，在我国西南地区等以山区为主的城市，更具有广泛的应用前景。

然而，胶轮导轨电车在我国刚刚开始发展，钢轨在行驶过程中起导向作用，而不是传统钢轨起到的支撑列车和轮轨接触运行的作用。目前通常采用普通钢轨材料制备钢轨，但由于胶轮导轨电车转弯半径小，最小的仅10米(铁路最小曲线半径200米)，现有钢轨材料韧性差(20℃冲击功KV₂≤10J)，在小曲线半径容易发生断裂等问题；且胶轮导轨电车上导向辊在小曲线半径上对导向轨施加强大的导向力，现有热轧钢轨强度低(抗拉强度≤1280MPa)，很容易造成断轨等问题。因此，进一步探索具有高韧性、高强度钢轨材料具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有钢轨材料存在的不足，提供一种具有高强韧性的导向轨材料，其屈服强度≥1900MPa，抗拉强度≥2500MPa，断后伸长率≥36％，-40℃冲击功KV₂≥90J；可有效保障胶轮导轨电车运行安全，为胶轮导轨电车的发展提供技术支撑。

为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：

一种超高强韧性导向轨钢材，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.46～0.57％、Si 3.60～4.50％、Mn 4.5～5.1％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.2～2.7％、Cr 2.5～3.5％、Co 2.5～3.5％，其余为Fe和杂质元素。

优选的，所述超高强韧性导向轨钢材中，各组分及其所占质量百分比包括：C 0.5～0.57％、Si 4～4.4％、Mn 4.8～5.0％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.4～2.7％、Cr 2.8～3.4％、Co 3～3.4％，其余为Fe和杂质元素。

更优选的，所述超高强韧性导向轨钢材中，各组分及其所占质量百分比包括：C0.57％、Si 4.35％、Mn 5.0％、P≤0.010％、S≤0.010％、Ni 2.6％、Cr 3.2％、Co 3.3％，其余为Fe和杂质元素。

上述一种超高强韧性导向轨钢材的制备方法，包括冶炼、控轧控冷工艺；具体工艺条件包括：经转炉冶炼后进行连铸，铸坯在460～680℃保温1～3h，然后以0.6～0.8℃/s的速率冷却至室温；铸坯加热到1200～1240℃，然后轧制成导向轨，其中终轧温度为850～900℃，轧后以10～14℃/s冷速冷却到220～240℃保温1～3h，然后空冷至室温。

根据上述方案所得超高强韧性导向轨钢材，其Rp_0.2≥1900MPa，R_m≥2500MPa，A≥36％，-40℃冲击功KV₂≥90J；金相组织为板条宽度5-10nm无碳化物贝氏体；具有超高强度，能对列车运行起到单轨导向作用，承受较高的横向力和纵向力；具有良好的韧性，可以将钢轨在室温条件下弯曲到小于5m的曲线半径轨道，适应城市狭窄地区轨道交通发展。