[发明专利]一种耐腐蚀贝氏体钢轨

说明书

技术领域

本发明是关于铁路钢轨，特别涉及一种含贝氏体组织的钢轨。

背景技术

目前的钢轨产品都是以提高力学性能作为研究重点，而在实际使用中，沿海高盐分腐蚀、南方潮湿地区钢轨锈蚀严重，铁路部门提出研发耐腐蚀钢轨，来进一步提高我国铁路钢轨的使用寿命。

现有的提高钢轨耐腐蚀性能的方法主要有两种：

第一种是钢轨表面涂层处理，如文献CN03117936.3公开的“一种耐腐蚀涂层钢轨生产工艺”所述，首先将钢轨置于处理液内进行表面除油、除锈，待钢轨干燥后在钢轨轨腰及轨底采用有气喷涂、无气喷涂法或静电喷涂法，在钢轨表面喷涂富锌或富铝涂料，由于有机涂料层与钢轨基体的结合力较低，容易脱落，轨头部位不具有耐腐蚀性，钢轨在生产线上需要倒置，工艺复杂，无法形成批量生产，同时需要解决接触焊时导电问题。

第二种是在进行合金成分设计时向钢材中加入Cu、Cr、Ni元素提高耐腐蚀性，Cr、Cu是能有效提高耐腐蚀性的元素，但对于含Cu钢种如果加热控制不当，极易在轧制过程中使钢材表面形成“铜脆”，因此应加入一定比例的Ni来改善含铜钢坯加热后的热加工性能。文献CN99800029.9公开的“具有高抗表面疲劳损伤性和高耐磨性的贝氏体钢钢轨”所述：钢轨中含有贝氏体组织，具有良好抗表面疲劳损伤和耐磨性，通过控制碳化物尺寸和比例来提高抗表面疲劳损伤和耐磨性，并且包含了具有提高耐腐蚀性的Cr、Cu、Ni等元素，但其Cr加入量仅为0.2％-3.0％元素含量较低，并且未从提高耐腐蚀性方面提出Cu及Ni的最佳匹配方案，其实施例中的各种成分配方并不具备耐腐蚀性。

发明内容

针对存在的上述问题，本发明的目的在于通过Cr、Cu、Ni等元素最佳合金匹配方案使钢轨获得高强度及具有优异耐腐蚀性能的贝氏体钢轨，提高钢轨使用寿命。

该钢轨含有(重量％)C：0.15％-0.30％，Si：0.80％-2.0％，Mn：0.50％-1.0％，Cr：3.2％-4.0％，Mo：0.10％-0.30％，Ni：0.10％-0.30％，Cu：0.25％-0.60％，余量为Fe和不可避免的杂质，以贝氏体相为基相，贝氏体组织面积率不低于70％，其余为马氏体相。

本发明钢种成分的确定，同时兼顾钢轨的耐腐蚀性能、较高的强度和焊接性能要求，即考虑对钢轨耐腐蚀性影响较大的元素Cr、Cu及强化元素C、Si、Mn、Ni应配比合理，Cr：3.2％-4.0％，Cu：0.25％-0.60％，为满足强韧性及焊接性能的要求，将碳含量控制在0.15％-0.30％，Si、Mn控制在以下范围内：Si：0.80％-2.00％、Mn：0.50％-1.0％，含铜钢的热轧过程易出现“铜脆”缺陷，因此加入Ni：0.10％-0.30％。

C是为保证一定的强度和硬度所必需的元素，如C含量低于0.15％，则难以保证作为钢轨用钢的耐磨性，而当C含量超过0.30％，则会大量形成对钢轨表面质量有害的珠光体组织，生成对钢轨的韧性不利的马氏体组织，因此，C含量应限定在0.15％-0.30％。

Si在贝氏体钢中具有抑制碳化物析出及提高强度的作用，但若含量低于0.80％，其对强度的提高贡献较小，当含量超过2.00％时，在贝氏体组织中生成岛状马氏体组织，使钢轨的韧性劣化，因此应控制在0.80％-2.00％之间。

Mn与C一样，具有提高强度和硬度的效果，含量低于0.50％，其效果很小，而当超过1.0％时，则会大量降低钢的韧性，因此控制在0.50％-1.00％。

Cr与Cu具有的作用是有利于耐腐蚀性较高的致密的表面锈皮膜的形成，是能有效提高耐腐蚀性的元素。另外适量的Cr可有效地提高韧性，获得贝氏体组织，加入量较小，耐腐蚀性作用不明显，含量过多，则焊接性和热加工性劣化。因此在本发明的钢中Cr应控制在3.20％-4.0％的范围内，Cu是在本钢种中含量较高，因此在还原性或中性氛围加热，减少加热时间防止过度氧化，避免钢在轧制时发生边裂，加热时加快升温速度，提高加热温度，缩短钢坯高温(1200℃右)在炉时间。另外应适当降低均热温度。生产过程中，在热装热送条件下，钢坯的出炉温度为1150-1200℃，加热时间80-90min。

Mo能够降低贝氏体转变温度，有助于稳定贝氏体转变和强化贝氏体组织，然而，当其含量小于0.10％时，这种效果不明显，而含量过高带来成本增加，因此应控制在0.10％-0.30％。