[发明专利]一种梯度结构超细贝氏体低合金轨道钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度结构超细贝氏体低合金轨道钢及其制备方法，属于钢铁冶金技术领域。将待处理轨道用钢进行三道热加工处理，使该梯度结构超细贝氏体轨道钢具有铁素体‑珠光体双相组织和超细贝氏体组织形成的梯度结构。本发明利用梯度结构，使得轨道的基体为铁素体‑珠光体复相组织，仅在服役表面表层为超细贝氏体，从而可以使得合金元素含量大幅度降低，显著减少轨道钢中的偏析，显著提高强韧性。

技术领域

本发明涉及一种梯度结构超细贝氏体低合金轨道钢及其制备方法，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

贝氏体钢具有比珠光体钢更优异的耐磨性和韧性，比高锰钢更高的强度，以及适当的韧性和硬度，同时表现出优异的抗滚动疲劳性能和耐磨损性能，使其成为制造铁路轨道，包括钢轨和辙叉的优异备选材料之一。

当前，轨道钢在生产出来都是整体组织结构均匀的，如珠光体轨道钢，通过轧制后空冷，获得整体都为珠光体的组织；高锰辙叉钢，通过水韧处理整体均为奥氏体组织；贝氏体轨道钢，通过热加工后空冷，或者通过吹风连续冷却等工艺，使得贝氏体轨道钢整体是组织均匀的，均为粒状贝氏体+板条贝氏体复合组织，或者贝氏体加马氏体的复合组织。贝氏体轨道钢强度高，使得轨道钢的整体强度都很高，氢脆敏感性高。

通常贝氏体钢的氢脆敏感性高于珠光体钢的氢脆敏感性，使得贝氏体轨道钢在服役过程中也易于发生氢脆遭到破坏，尤其是轨道钢的轨底区域，受地面积水、潮湿影响，更容易由于氢脆而破坏。另外，为了保证贝氏体钢的性能，尤其是淬透性，当前贝氏体轨道钢中的合金元素含量都比较高，如高含量的Mn、Cr、Mo等元素，这些元素易于偏析，容易在连铸、轧制或锻造成型后产生明显的偏析条带，导致在轨道服役过程中性能不稳定。因此，贝氏体轨道钢所需的高淬透性以及因此带来的高合金元素含量而导致的偏析存在难以调和的矛盾。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种梯度结构超细贝氏体低合金轨道钢及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一：

一种梯度结构超细贝氏体低合金轨道钢，所述轨道钢基体为铁素体-珠光体双相组织、表层为超细贝氏体组织，形成由超细贝氏体向铁素体-珠光体过渡的梯度结构。

本发明的技术方案之二：

一种所述的梯度结构超细贝氏体轨道钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)将待处理轨道用钢进行第一道热加工处理，使所述待处理轨道用钢获得铁素体-珠光体双相组织；

(2)将步骤(1)形成铁素体-珠光体双相组织的待处理轨道用钢进行第二道热加工处理，使形成所述铁素体-珠光体双相组织的待处理轨道用钢的工作表层侧生成超细贝氏体组织，轨道钢整体形成由超细贝氏体向铁素体-珠光体过渡的梯度结构；

(3)将步骤(2)形成超细贝氏体-铁素体-珠光体梯度结构的待处理轨道用钢进行第三道热加工处理，使所述待处理轨道用钢的梯度结构稳定化，得到所述梯度结构超细贝氏体低合金轨道钢。

进一步地，步骤(1)具体包括以下步骤：

将所述待处理轨道用钢进行奥氏体化处理，得到经奥氏体化处理后的待处理轨道用钢；

以第一冷却速度对所述奥氏体化处理后的待处理轨道用钢进行冷却至第一预设温度，之后进行第一保温或第一慢冷，使待处理轨道用钢形成铁素体-珠光体双相组织；所述第一冷却速度为0.3℃/s～20℃/s，所述第一预设温度为550℃～750℃。

更进一步地，所述第一慢冷具体为：以第一慢冷速度冷却所述待处理轨道用钢至第二预设温度，并以第二冷却速度将所述待处理轨道用钢冷却至第三预设温度；

所述第一慢冷速度为0.01℃/s～0.1℃/s，所述第二预设温度为500℃～650℃；