[发明专利]一种高强韧组织定量化控制的贝马复相重轨钢及其制备方法

说明书

本发明属于强韧性钢轨技术领域，本发明提供了一种高强韧组织定量化控制的贝马复相重轨钢及其制备方法，制备方法包含如下步骤：对特定成分含量的钢轨进行奥氏体化，得到奥氏体化钢轨；对奥氏体化钢轨顺次进行第一道次轧制和第二道次轧制，得到轧制钢轨；对轧制钢轨进行冷却，得到相变前钢轨；对相变前钢轨进行冷却，得到贝马复相重轨钢。本发明的方法通过控制钢轨淬火过程中相变前阶段和相变阶段的冷却速率，一方面避免上贝氏体和粒状贝氏体组织的形成，另一方面控制贝马复相重轨钢中贝氏体、马氏体和残余奥氏体的含量，从而提高贝马复相重轨钢的强韧性、抗接触疲劳性等力学性能，延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及强韧性钢轨技术领域,尤其涉及一种高强韧组织定量化控制的贝马复相重轨钢及其制备方法。

背景技术

随着高速重载铁路的不断发展，目前的珠光体钢轨强韧性能研究已接近极限，由贝马复相组织构成的贝氏体钢轨由于其较好的强韧性配合受到研究人员的青睐，近年来对于贝马复相钢轨的研究越来越多。对贝氏体钢轨的研究中发现：下贝氏体/马氏体复相组织可以改善钢的强韧性，而上贝氏体/马氏体混合组织恶化钢的强韧性。在强度方面，目前钢轨提高强韧性的方法一般有两种，一种是添加能够提高淬透性的合金元素以及促进贝氏体相变的元素，另一种就是对钢轨的热处理工艺进行优化。但在实际生产中由于许多合金元素比较昂贵，且有较多淬透性元素更容易转变成马氏体，使钢轨韧性下降。为了避免合金元素的影响，采用热处理工艺优化从而提高贝马复相钢轨的强韧性尤为重要，热处理工艺优化的关键点在于如何控制贝氏体相变从而得到强韧性能高的钢轨(包括转变后的贝马复相钢的组织形态、贝马复相钢中各相的含量、残余奥氏体含量、马氏体-残余奥氏体岛的大小等)，同时还要避免组织不均匀性、组织氢脆现象等缺陷，因此，控制连续冷却的冷速有着重要的意义。

目前对于贝马复相的热处理工艺的淬火过程大多采用连续冷却的方式。专利申请号为201610737596.2的《耐延迟断裂性能优异的含硼贝氏体钢轨及其生产方法》中包括冶炼-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0.5～4℃的冷速冷却到300±40℃，随后空冷至室温。钢轨中加入了硼元素，虽然能提高钢的淬透性，但含有硼元素的钢在冶炼过程中难度较大，且得到的组织易处于不均匀状态，此外硼元素容易造成硼脆。专利申请号为201710464162.4的《一种贝氏体钢轨的生产方法》公开了一种利用合金元素Si阻止贝氏体相变过程中碳化物的析出，Mn推迟过冷奥氏体的高温转变以及微量硼元素提高钢的淬透性，促使珠光体和贝氏体转变曲线分离开发出的贝氏体钢轨。生产的贝氏体钢轨抗拉强度在1400MPa左右，表面无脱碳组织，残余奥氏体含量低，贵重金属含量低，有效节约生产成本。缺点是轧后热处理工艺采用快速通过轨道上冷床后空冷，未针对贝氏体转变过程的冷速进行有效控制，易造成贝氏体板条大小不均匀，且贝氏体组织强化方式较为单一，只能通过提高淬透性元素来提升强度，强韧性能提升有限。专利申请号为202110517476.2的《一种高强韧性贝马复相贝氏体钢轨的热处理工艺》公开了一种高强韧性贝马复相贝氏体钢轨的热处理工艺，通过控制钢轨在不同温度阶段的冷却速度，避免产生上贝氏体、粒状贝氏体这些性能较差的组织，进而形成下贝氏体与低碳马氏体复相组织来提高钢轨强韧性，包钢生产的贝马复相钢轨采用较为节能的余热淬火工艺，在此工艺下有利于节能减排。缺点是控制冷却中未对贝氏体开始转变温度以及贝氏体转变时间进行控制从而对贝马复相钢轨中贝氏体、马氏体以及残余奥氏体含量无法进行精准控量，难以得到最佳强韧性配合的贝马复相重轨钢。

因此，研究一种提高强度和韧性，能够精准控制贝氏体、马氏体和残余奥氏体含量的贝马复相重轨钢，具有重要的价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种高强韧组织定量化控制的贝马复相重轨钢及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高强韧组织定量化控制的贝马复相重轨钢的制备方法，包含如下步骤：

1)对钢轨进行奥氏体化，得到奥氏体化钢轨；