[发明专利]一种过共析钢轨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过共析钢轨及其制备方法。

背景技术

铁路运输的快速发展，对钢轨的服役性能提出了更高要求，特别是货运铁路和重载专线，随着轴重、行车密度和通过总重的不断提高，钢轨的服役环境近乎苛刻；其中小半径曲线路段更成为重灾区，钢轨磨耗严重，部分钢轨甚至上道不足一年就需更换下道，严重制约铁路的运输效率，铁路部门迫切需要更高性能的钢轨产品。与此同时，在沿海地区及潮湿的隧道内，钢轨还面临腐蚀过快的问题。钢轨轨底与垫片及道床的相互作用导致轨底形成点状或块状腐蚀坑，在车轮反复应力作用下，将向轨腰及轨头部位快速扩展，从而导致钢轨断裂失效，危及行车安全。因此，铁路长寿化和低维护发展趋势要求钢轨需同时具有耐磨损、耐接触疲劳、耐腐蚀、耐脆断等多重性能。研究表明，提高钢轨的耐腐蚀性能通常有以下三种方法：一是表层涂覆耐腐蚀液态材料，通过在钢轨表层人为覆盖一层与基体隔离的薄膜，避免钢轨基体与空气或其它介质接触，提高钢轨耐腐蚀性能；二是通过牺牲阳极提高钢轨的耐腐蚀性能；三是通过向普通碳素轨中添加Cu、Cr、Ni等耐腐蚀元素，提高钢轨基体的耐腐蚀性能。目前对第三种方式的研究更为迫切，CN101818312A公开了一种具有优良强韧性能抗疲劳性能和耐磨性能耐蚀重轨钢，基本合金体系中合金元素的重量百分含量为：C：0.55％～0.72％、Si：0.35％～1.1％、Mn：0.7～1.40％、Cr：0.2％～0.65％、Cu：0.2％～0.65％，余量为Fe，在上述基本成分基础上，同时添加一种或几种微合金元素Nb、V、Ti、Ni、Mo，其中Nb：0.01％～0.055％、V：0.05％～0.10％、Ti：0.001％～0.05％；Ni：0.1％～0.3％、Mo：0.15％～0.3％。该专利申请针对的低碳或超低碳钢的强韧性能抗疲劳性能和耐磨性能耐蚀的提高问题，例如抗拉强度在1100MPa左右，腐蚀率在2g/m²·h左右，其难以满足大轴重、大运量重载铁路运输需求，且并不适用于钢轨等高碳钢的性能提升。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于作为高碳钢的钢轨的元素组成且能够获得优良的耐腐蚀性能的过共析钢轨及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种过共析钢轨的制备方法，该方法包括：

将保温处理后的钢坯进行轧制得到钢轨，待轨头表层温度自然冷却至750-850℃后，采用冷却介质进行第一冷却阶段以将轨头表层温度降至350-550℃，然后采用空冷的方式进行第二冷却阶段以将轨头表层温度降至15-40℃，其中，

所述钢坯的组成为：0.86-1.05重量％的C、0.3-1重量％的Si、0.5-1.3重量％的Mn、0.15-0.35重量％的Cr、0.3-0.5重量％的Cu、0.02-0.04重量％P、含量为0.02重量％以下的S和含量为Cu的1/2-2/3的Ni，并含有V、Nb和Re中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，在满足含有V、Nb和Re中的至少一种的情况下，V的含量为0％或者0.04-0.12重量％，Nb的含量为0％或者0.02-0.06重量％，Re的含量为0-0.05重量％。

本发明还提供了由上述方法制得的过共析钢轨。

通过采用本发明的过共析钢轨的制备方法，能够将具有本发明的特定组成的高碳钢坯制成具有优良耐腐蚀性且拉伸性能较好的过共析钢轨，例如在0.05mol/L的NaHSO₃溶液中的腐蚀速率为1.48g/m²·h以下，在2重量％的NaCl溶液中的腐蚀速率为1g/m²·h以下，且抗拉强度能够达到1350MPa以上，延伸率在9％以上，特别是可以得到显微组织结构为珠光体+微量二次渗碳体的过共析钢轨。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种过共析钢轨的制备方法，该方法包括：

将保温处理后的钢坯进行轧制得到钢轨，待轨头表层温度自然冷却至750-850℃后，采用冷却介质进行第一冷却阶段以将轨头表层温度降至350-550℃，然后采用空冷的方式进行第二冷却阶段以将轨头表层温度降至15-40℃，其中，