一種高強(qiáng)度耐疲勞性能優(yōu)良的鋼軌及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、高耐磨和耐接觸疲勞性能優(yōu)良的鋼軌及其生產(chǎn)方法，屬 于黑色鋼材制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國重載鐵路的快速發(fā)展，我國貨運(yùn)鐵路的軸重也在不斷提升，如目前國內(nèi) 大多數(shù)客貨混運(yùn)鐵路的軸重為21噸和23噸，專用貨運(yùn)通道如大秦、溯黃鐵路軸重為25噸， 以及剛剛建成試通車"中南通道"的軸重為30噸?？梢灶A(yù)想未來進(jìn)一步提升我國的貨運(yùn)效 率的各種方法中，提升貨車軸重將是最優(yōu)化、最經(jīng)濟(jì)的方式。同時(shí)，隨著貨運(yùn)鐵路軸重的不 斷增加，貨運(yùn)鐵路對高抗磨耗性能和高抗接觸疲勞性能鋼軌的需求將會(huì)更加迫切，因此需 要開發(fā)新的鋼軌鋼來滿足我國新的鐵路運(yùn)輸模式，本發(fā)明主要是針對我國復(fù)雜重載運(yùn)輸條 件開發(fā)出的抗磨耗和抗接觸疲勞性能優(yōu)良的重載鋼軌。
[0003] 在近些年中，國內(nèi)外相關(guān)鋼軌生產(chǎn)企業(yè)針對我國鋼軌生產(chǎn)現(xiàn)狀和鐵路運(yùn)營條件， 在我國申請了相關(guān)的鋼軌專利技術(shù)，如過共析鋼軌生產(chǎn)技術(shù)、低合金鋼軌生產(chǎn)技術(shù)等，大致 專利如下。
[0004] (1)克里斯英國有限公司于2011年申請"具有耐磨性能和滾動(dòng)接觸疲勞抵抗性的 優(yōu)異結(jié)合的鋼軌鋼"專利（申請公布號CN 101946019 A)，該專利涉及高強(qiáng)度珠光體鋼的鋼 軌，其具有耐磨性和滾動(dòng)接觸疲勞抵抗性的優(yōu)異結(jié)合，其中該鋼由以下組成：〇. 88-0. 95% 碳，(λ 75%-0· 92%硅，(λ 80%-0· 95%錳，(λ 05%-0· 14%釩，至多 0· 008%氮，至多 0· 030% 磷，0. 008% -0. 030%硫，至多2. 5ppm氫，至多0. 10%鉻，至多0. 010%鋁，至多20ppm氧，余 量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。該專利鋼軌在水潤滑條件下具有超過130000循環(huán)的RCF抵抗 性。
[0005] (2)國內(nèi)包頭鋼鐵公司于2012年申請"一種含Cr、V的高強(qiáng)稀土鋼軌"專利（申 請公布號CN 102517501 A)，該專利涉及一種高強(qiáng)耐磨稀土鋼軌，屬于冶金產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng) 域。鋼軌的化學(xué)成分，其特征在于鋼軌的化學(xué)成分及重量百分比含量為：CO. 65?0. 82、Si O. 50 ?0. 80、Mn 0. 70 ?1. 20、P 彡 0. 025、S 彡 0. 025、CrO. 20 ?0. 40、V 彡 0. 10、RE (加 入量）<0.03、其余為基體Fe和微量雜質(zhì)元素。通過添加 Cr、V合金及稀土，采用在精煉 后添加稀土包芯線，使其各元素剛?cè)嵯酀?jì)，增加鋼軌的強(qiáng)度及耐磨性，提高綜合性能，改善 焊接性能和熱處理性能，此鋼軌適用于運(yùn)量大的重要干線，有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0006] (3)國內(nèi)包頭鋼鐵公司于2013年申請"一種高強(qiáng)度熱處理鋼軌專用鋼材"專利（申 請公布號CN 103014486 A)，該專利涉及一種高強(qiáng)度熱處理鋼軌專用鋼材，其特征在于，其 化學(xué)成分按重量百分比包括：C :0. 70?0. 82%、Si :0. 13?0. 60%、Mn :0. 65?1. 25%、 P、 S < 0. 025%、和Al < 0. 007%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是：成分配比合理， 通過熱處理，可使鋼軌強(qiáng)度提高，能夠滿足印尼運(yùn)煤專線及曲線鋼軌的要求。
[0007] (4)國內(nèi)包頭鋼鐵公司于2013年申請"一種低合金中等強(qiáng)度鋼軌專用鋼材"專 利（CN103014506A)，該專利涉及一種低合金中等強(qiáng)度鋼軌專用鋼材，其特征是：鋼材的成 分組成為：碳重量百分含量為0. 72?0. 82 %，娃重量百分含量為0. 35?I. OO %，猛重量 百分含量為〇. 80?1. 25%，絡(luò)重量百分含量為0. 40?0. 70%，磷重量百分含量小于等于 0. 020%，硫重量百分含量小于等于0. 020%，鋁重量百分含量小于等于0. 005%，其余為鐵 及不可避免的雜質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是：成分配比合理，合金元素含量低，相比一般熱軋鋼軌強(qiáng)度高、 硬度高，能夠滿足曲線和重載線路鋼軌的使用要求。
[0008] (5)新日鐵住金株式會(huì)社公司于2013年在國內(nèi)申請"鋼軌及其制造方法"專利（申 請公布號CN 102985574 A)，該專利提供一種鋼軌，該鋼軌以質(zhì)量％計(jì)含有：C :大于0. 85且 為 1. 20% 以下、Si :0.05 ?2. 00%、Mn :0.05 ?0· 50%、Cr :0.05 ?0.60% K 0.0150%， 其余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其中，由以頭部拐角部及頭頂部的表面作為起點(diǎn)到 深度IOmm的范圍構(gòu)成的頭表部的97%以上為珠光體組織；所述珠光體組織的維氏硬度為 Hv320?500 ;所述珠光體組織中的滲碳體相的Mn濃度CMn[at. % ]除以鐵素體的Mn濃度 FMn[at. % ]而算出的值CMn/FMn值為I. 0以上且5. 0以下。
[0009] (6)奧地利沃斯特-阿爾派因鋼軌有限公司于93年申請"鋼軌熱處理方法"（專 利公開號CN1085258A)，該專利涉及在一種含合成冷卻介質(zhì)添加濟(jì)的冷卻介質(zhì)中，從高于 720 °C的溫度開始冷卻，對鋼軌，尤其軌頭進(jìn)行熱處理的方法中，該處理通過在冷卻介質(zhì)中 浸漬到所浸部分取出后表面溫度在450°C和550°C之間，而整個(gè)截面上不均溫而進(jìn)行以在 遵循最佳軌頭冷卻速度的情況下，防止軌腰變脆。
[0010] (7)新日本制鐵株式會(huì)社公司于2012年申請"延展性優(yōu)良的珠光體系高碳鋼鋼軌 及其制造方法"（申請公布號CN 102803536 A)，本發(fā)明涉及一種延展性優(yōu)良的珠光體系高 碳鋼鋼軌，其以質(zhì)量％計(jì)，含有C :超過0. 85%?1. 40%、Si :0. 10?2. 00%、Mn :0. 10? 2·00%、Ti:0·001?0·01%、V:0·005?0·20%以及N<0·0040%，剩余部分包括鐵和不可 避免的雜質(zhì)；Ti和V的含量滿足下式（1)的范圍，而且鋼軌頭部為珠光體組織。[V(質(zhì) 量％ )]/[Ti(質(zhì)量％ )] < 20。
[0011] (8)美國柏林頓北方鐵道公司于1991年申請"高強(qiáng)度耐損傷鋼軌及其制造方 法"（專利公開號CN 1063916A)。該專利提出一種高強(qiáng)度耐損傷鋼軌的構(gòu)成，該鋼軌的組 分按重量百分比計(jì)算為 C : (0· 60 ?0· 85) %、Si : (0· 1 ?L 0) %、Mn : (0· 5 ?L 5) %、P : 在0.035%以下、S :在0.040以下、Al :在0.05%以下，其余為Fe及不可避免的夾雜。角部 2及頭側(cè)部3的硬度為HB341?HB405,頭頂部的硬度為上述角部及頭側(cè)部硬度的90%以 下。利用本發(fā)明，可以抑制由于頭部拉痕等造成的過大接觸壓力而產(chǎn)生的頭頂部的損傷，可 延長鋼軌的壽命。
[0012] (9)日本鋼管株式會(huì)社于1986年申請"能夠防止失穩(wěn)斷裂擴(kuò)展的耐磨鋼軌"（專利

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高強(qiáng)度、高耐磨和高抗接觸疲勞性能鋼軌的 生產(chǎn)工藝和方法。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0015] 本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度耐疲勞性能優(yōu)良鋼軌，其化學(xué)成分以重量計(jì)包括：C 0· 76 % ?0· 86 % ;Si 0· 60 % ?L 00 % ;Mn 0· 70 % ?L 50 %，Cr 0· 10 % ?0· 50 %，且 0· 80%彡 Mn% +Cr%彡 L 60% ;V 0· 05%?0· 30%，Ni 0· 10%?0· 35%，且 0· 15%彡 V% +Ni %彡0. 40% ;Mo彡0. 03% ;P彡0. 020% ;S彡0. 015% ;余量為鐵和不可避免的夾雜物； 所述鋼軌金相組織為細(xì)珠光體+A，其中，A為先共析鐵素體或先共析滲碳體，且A < 2 %。
[0016] 進(jìn)一步，所述鋼軌成分還包括：0· 05% -0· 30% Ti 和 0· 005% -0· 10% Nb。
[0017] 優(yōu)選的，A為先共析鐵素體或先共析滲碳體，且A < 1%。
[0018] 所述鋼軌的抗拉強(qiáng)度為1260MPa?1420MPa，軌頭踏面硬度為390HB?432HB，軌 頭表面下IOmm硬度為380HB?420HB，軌頭表面下24mm硬度為370HB?401HB。
[0019] 本發(fā)明還提供了上述高強(qiáng)度耐疲勞性能優(yōu)良鋼軌的生產(chǎn)方法，包括以下工序：轉(zhuǎn) 爐冶煉-LF精煉-RH真空處理-連鑄-軋制-冷卻-矯直，其中，控制軋制工序中終軋溫度 為930°C?1000°C ;控制冷卻工序中，初始冷卻溫度在780°C?880°C，終冷溫度在300°C? 400°C，冷卻速度為4. (TC?10. 0°C /秒。
[0020] 優(yōu)選的，上述冷卻方式為風(fēng)冷、水霧冷卻和水冷中的至少一種。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：對比【背景技術(shù)】的相關(guān)報(bào)道，本發(fā)明第二相組織（如先共析鐵 素體和先共析滲碳體）更少，同時(shí)在鋼軌全斷面內(nèi)均為珠光體組織，尤其是在軌腰中不允 許出現(xiàn)回火態(tài)的馬氏體和貝氏體組織，這樣避免了鋼軌服役過程中出現(xiàn)軌腰水平裂紋的風(fēng) 險(xiǎn)。此外，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] (1)鋼軌生產(chǎn)工藝流程緊湊，操作更易于控制，與離線熱處理工藝相比，取消了二 次加熱工序，節(jié)約了能源和生產(chǎn)時(shí)間。
[0023] (2)采取以上工藝，軌頭冷卻更為均勻，軌頭硬化層深度更深。
【附圖說明】
[0024] 圖1為鋼軌踏面硬度測試位置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，L = 10mm，B = 24mm。鋼軌踏面 硬度測試位置A0,測試時(shí)，需要將鋼軌踏面磨掉0.50mm后，再進(jìn)行表面布氏硬度測試；A1、 BI、Cl為距軌頭表面IOmm硬度測試點(diǎn)，A2、B2、C2為距軌頭表面24mm硬度測試點(diǎn)。
[0025] 圖2為圖1中A的局部放大示意圖。
[0026] 圖3為實(shí)施例1所得試樣的典型金相組織，金相組織為珠光體+0. 8%微量先共析 鐵素體。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度耐疲勞性能優(yōu)良鋼軌，其重量成分包括：C 0.76 %? 0· 86% ;SiO. 60%?L 00% ;Mn 0· 70%?L 50%，Cr 0· 10%?0· 50%，且 0· 80%彡 Μη% +Cr%彡 I. 60