[发明专利]一种控轧控冷高强度珠光体钢轨及其生产方法

说明书

本发明公开了一种控轧控冷高强度珠光体钢轨及其生产方法，所述钢轨的化学成分按照质量分数，包括0.71‑0.85％的C、0.45‑0.70％的Si、0.35‑0.70％的Mn、0.2‑1.0％的Cr、0.05‑0.1％的V、0.005‑0.08％的Nb、0‑0.025％的P、0‑0.015％的S，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢轨抗拉强度≥1360MPa，延伸率≥12％，轨头踏面硬度≥390HB，硬化层深度≥30mm，组织为细片状珠光体，距离钢轨表面30mm深度部位的珠光体片层间距≤90nm。本发明在提升钢轨强度和硬度的同时，保持良好的韧塑性。

技术领域

本发明涉及一种耐磨性能和抗疲劳伤损性能良好的控轧控冷高强度珠光体钢轨及其生产方法，属于钢轨生产及应用领域。

背景技术

随着铁路列车轴重的增加，运行速度和铁路年通过总质量的不断增加，尤其是在重载货运铁路，钢轨承受的车辆重量远远大于客运铁路，钢轨的使用环境也变得更为苛刻。在这样的服役条件下，钢轨的磨耗和疲劳伤损等问题日益严重，因此需要不断提升钢轨的强度和硬度，以提高其耐磨性能和抗疲劳伤损性能。

国内外钢轨厂家一般采用增加钢轨钢中的C、Si、Mn元素的含量，并添加V、Cr等合金强化元素，利用钢轨轧后余热通过采用水雾混合气、压缩空气等介质进行加速冷却工艺，保证钢轨轨头部位得到细微的珠光体组织，从而具有高耐磨损性及高硬度。

专利1《耐磨损性和耐疲劳损伤性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其制造方法》(CN101646795A)提供了一种高硬度型珠光体钢轨及其制造方法，所述钢轨的化学成分包括0.73-0.85质量％的C、0.50-0.75质量％的Si、0.30-1.0质量％的Mn、0.035质量％以下的P、0.0005-0.012质量％的S、0.2-1.3质量％的Cr，其余为Fe和不可避免的杂质。钢轨终轧温度为850-950℃，接着以1.2-5℃/s的冷却速度，从珠光体相变开始温度以上的温度快速冷却至400-650℃，得到钢轨轨头表层到至少25mm深度范围的维氏硬度在HV380-HV480。

专利2《耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨》(CN101405419A)提供了一种抗拉强度为1200MPa以上且耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体钢轨。所述钢轨的化学成分包括0.6-1.0质量％的C、0.10-1.5质量％的Si、0.40-2.0质量％的Mn、0.035质量％以下的P、0.0005-0.012质量％的S、还含有选自V：0.5％以下、Cr：1.5％以下、Cu：1％以下、Ni：1％以下、Nb：0.05％以下、Mo：0.5％以下、W：1％以下中的1种或2种以上，其余为Fe和不可避免的杂质。Ca：0.001％以上，0.01％以下、O：0.002％以下、H：2ppm以下。得到钢轨抗拉强度1200MPa以上，轨头部位沿长度方向的截面上A类夹杂物长边尺寸为250μm以下，且在每1mm²被检测面积上的存在数量少于25个。

专利3《热处理钢轨的制造方法以及制造装置》(CN106661651B)提供一种添加各种合金元素，头部表层的硬度以及韧性优秀的热处理钢轨的制造方法以及制造装置。所述钢轨包括0.75-0.85质量％的C、0.5-1.0质量％的Si、0.5％-1.0质量％的Mn、0.5-1.0质量％的Cr、0-0.01质量％的V，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质。所述钢轨表面温度500℃以上700℃以下前，以10℃/s以上的冷却速度进行强制冷却后，在珠氏体相变终止前，以-5℃/s以上5℃/s以下的冷却速度对所述钢轨头部进行冷却。

专利4《利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法及其装置》(CN1083013C)提供了一种利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法。所述钢轨包括0.65-0.85质量％的C、0.21-1.2质量％的Si、0.50％-1.5质量％的Mn，以及V、Cr、Ti、Mo、Cu、Ni和稀土元素中的至少一种。将热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的钢轨连续送入装有热处理装置的机组中，通过喷嘴向钢轨喷射冷却介质，使钢轨得到均匀的加速冷却，获得硬度逐渐降低的微细珠光体组织。