[发明专利]耐腐蚀高强度珠光体钢轨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐腐蚀高强度珠光体钢轨及其制备方法，属于冶金技术领域。其中，该钢轨包括如下质量百分比的各化学组分：C:0.65～0.80，Si:0.45～0.85，Mn:1.0～1.5，P≤0.020，S≤0.020，Cr:0.68～0.95，Nb:0.03～0.06，Cu:0.8～1.6，B:0.002～0.006，余量为Fe及不可避免的杂质。且经过铁水预处理、转炉冶炼、精炼、真空处理、连铸、轧制、在线热处理等工艺制得。本发明设计的钢轨室温组织为细片状珠光体和少量铁素体，珠光体片层间距为90～120nm，抗拉强度Rm为1280～1350MPa，延伸率A为11～13％，踏面硬度为360～390HB，室温冲击功AKU＞20J。

技术领域

本发明涉及一种钢轨及其制备方法，属于冶金技术领域，具体地涉及一种耐腐蚀高强度珠光体钢轨及其制备方法。

背景技术

钢轨所处环境不同造成腐蚀环境复杂，对钢轨材料的耐蚀性能提出了极高的要求。同时钢轨主要用于承载列车重量和引导方向，对其强度、硬度、韧性等力学性能有严格要求，而且出于无缝线路建设需要，要求钢轨具有良好的焊接性能，目前钢轨产品普遍采用中高碳设计，导致很容易出现锈蚀，大幅度降低了钢轨寿命。由于腐蚀导致钢轨腰部厚度迅速减薄，大大降低了钢轨的对列车运行时的支撑强度，很容易发生钢轨断裂的事故，给列车运行带来极大的安全隐患，同时增加了钢轨的养护和检查成本，给铁路行业造成大量人力和维护成本压力。

在耐腐蚀钢轨的研究方面，目前国内外铁路行业内针对钢轨产品的耐腐蚀研究仅限于表面涂覆等工艺，尚没有针对母材耐腐蚀性能提升的钢轨产品。我国先后在铁路上进行了Cu-P系耐候钢轨的服役性能研究，效果不明显。国内攀钢开展了钢轨表面防锈涂层研究和产品开发，根据试验情况来看，存在工艺复杂、涂层结合不牢固、寿命短等缺点，未能在国铁线路上推广应用。

中国发明专利申请(申请公布号：CN107779751A，申请公布日：2017-10-31)公开了一种耐腐蚀性能优良的高速铁路用耐腐蚀钢轨及其生产方法。该高速铁路用耐腐蚀钢轨，包括钢轨基体和设置在钢轨基体表面的耐腐蚀层，所述钢轨基体由以下重量百分比的化学成分组成：C 0.1～0.9％，Si 0.1～0.8％，Mn 0.15～1.2％，Cr≤0.4％，V≤0.020％，Nb≤0.40％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述耐腐蚀层为涂敷于钢轨基体表面的防脱碳涂层。通过优化设计钢轨钢的化学组分并制作钢轨基体，而后在钢轨基体表面涂敷防脱碳涂层制得钢轨成品，生产出的高速铁路用耐腐蚀钢轨表层碳含量为正偏析，脱碳层深度较浅，表层富含耐蚀性能优良的合金材质，提高了钢轨的耐蚀性能。

中国发明专利申请(申请公布号：CN107747021A，申请公布日：2018-03-02)公开了一种耐腐蚀高速铁路用钢轨及其生产方法。所述钢轨为包含0.1～0.9％的C，0.1～0.8％的Si，0.15～1.2％的Mn，Cr≤0.4％，V≤0.020％，Nb≤0.40％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和杂质的连铸钢轨，在该连铸钢轨的外表面上熔覆有铬铁合金复合防腐层。所述的生产方法采用低S入炉铁水在高碱度精炼渣保护下精炼获得的钢水，再以该钢水为基础在全保护条件下连铸成钢坯，通过等离子熔覆在连铸坯介于800～1200℃复合一层防腐层，并进行奥氏体均匀获得钢轨。

中国发明专利申请(申请公布号：CN109023127A，申请公布日：2018-12-18)公开了一种提高钢轨表层耐蚀性能和防脱碳能力的耐腐蚀高速铁路钢轨生产方法，利用钢轨轧制的轧制余热，对钢轨施加1～3℃/s的加速冷却操作，在该热处理操作后，再利用钢轨热处理余热，对钢轨表面喷涂热熔锌液。本发明得到的钢轨表层富含耐蚀物质锌层，提高了钢轨的综合性能和表层耐蚀性能。钢轨钢碳含量为0.3～0.7％强度500～900MPa，延伸率≥10％，耐腐蚀性能优异。最终得到的钢轨表层碳含量为正偏析，脱碳层深度较浅及表层富含耐蚀性能优良的铬镍铝合金材质，以提高钢轨表层耐蚀和降低脱碳层深度。

但上述专利均采用对钢轨表面涂覆耐腐蚀涂层的工艺，均存在工艺复杂、成本高、涂层结合不牢固、使用寿命短等缺点。