[发明专利]一种奥贝体合金钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种奥贝体合金钢及其制备方法，合金钢的成分按照质量百分比来计算，包括：C：0.26～0.35；Si：1.66～1.84；Mn：1.70～1.90；P：≤0.014；S：≤0.014；Cr：1.11～1.29；Mo：0.35～0.45；V：0.08～0.15；余量为Fe和不可避免的气体杂质元素；所述合金钢的成分中还包括Ti：≤0.30；Cu：≤0.30，其中对气体杂质元素进行严格控制：[O]≤10ppm，[H]≤1.0ppm，[N]≤70ppm。本发明的制备工艺包括物料准备、电炉或转炉熔炼、炉外精炼、连铸工艺以及热处理工艺。所述奥贝体合金钢的质量成分中，含C量超过合金钢常规含C量，依旧不出现马氏体，能够生成贝氏体，制备的合金钢具有高强度、良好的塑性和韧性以及一定的抗晶间腐蚀能力，延长了合金钢的使用寿命。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，尤其是涉及一种奥贝体合金钢及其制备方法。

背景技术

随着我国铁路事业向着重载、高速的方向发展，对铁路钢轨和零部件所用钢材的强度、韧性、冲击性能等提出了越来越高的要求。目前被大量使用的高锰钢越来越难以满足目前铁路发展的需要，特别是对于服役条件恶劣的铁路道岔零部件，正由组合式道岔向整体式道岔转变，这就要求所用的合金钢具有更高的强度、韧性和冲击性能。通常为了获得细小的组织，通常在冶炼过程中加入Nb,产生的化合物可有效阻碍合金钢基体在后续变形过程中再结晶晶界的运动。但是Nb元素本身属于贵重金属元素，价格较高，在实际生产中使用时成本加高。另外，合金钢在成形和服役过程中，要尽可能避免氧化物、氮化物、氢脆等现象的产生。

早在上世纪80年代，美国率先研制一种名为“Titan”的贝氏体钢轨，并成功应用于高铁上。该贝氏体钢轨具有良好的强韧性、耐磨性和使用寿命长等优 点，抗拉强度达到1400 MPa，同时伸长率能达到15%以上。相关测试结果显示，贝氏体钢轨比珠光体钢轨的使用寿命长几倍，各项机械性能指标更为优秀，这些优秀的指标完全满足重载铁路发展的需求。随着铁路运量的提高，抗拉强度980MPa级珠光体钢轨面临承受不住现有运输量的瓶颈，因此研发1200MPa级以上的高强度贝氏体钢轨成为重中之重。

专利CN 201510919742.9提供了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，合金体系的成分以质量百分比计如下：C：0.22～0.27；Si：1.65～1.85；Mn：1.60～1.80；Cr：1.30～1.90；Mo：0.25～0.85；Ni：0.25～0.95；V：0.040～0.060 或 Nb：0.020～0.040、P：≤ 0.015、S：≤ 0.015；余量为 Fe 和不可避免的杂质元素；其中对杂质元素进行严格控制：（1）气体含量：钢水 [H] ≤ 2.0ppm，铸坯 [H] ≤ 1.5ppm，[O] ≤25ppm，[N] ≤ 70ppm；（2）残余元素：Al ≤ 0.006 wt.％，Cu ≤ 0.15 wt.％，Sn ≤ 0.010wt.％，Sb ≤ 0.010 wt.％。经过热处理后，既细化了奥氏体组织又消除了元素和微观组织的偏析和不均的现象，以保证冷却相变后获得细小的均匀的下贝氏体组织，从而获得高强度的贝氏体钢轨。但是钢轨的延伸率大于15%，显示韧性提升能力仍有限。而且钢轨使用时需要具有一定的抗蚀性（主要是抗晶间腐蚀的能力），以延长钢轨的使用寿命。

钛与氮、氧、碳等元素有极强的亲和力，因此可作为良好的脱氧剂和固定氮和碳的有效元素，钛与碳易形成结合力强、稳定、不易分解的碳化钛，其有阻止晶粒长大的作用。由于钛和碳之间的亲和力远大于铬和碳之间的亲和力，在不锈钢中常用钛固定其中的碳来消除铬在晶界处的贫化，从而消除或减轻了不锈钢晶间腐蚀的倾向。而且钛也是强铁氧体形成元素之一，显著提高了钢A1和A3温度。对于普通低合金钢，钛可以提高钢的塑性和韧性，其与碳形成碳化钛可抑位错的运动，从而提高了钢的强度。经热处理后晶粒细化，析出的碳化物还会使钢的塑性和冲击韧性得到显著改善。在高铬不锈钢中通常需加入约5倍碳含量的钛，不但能提高钢的抗蚀性和韧性，还能抑制钢在高温时晶粒长大的倾向和改善钢的焊接性能。