一种超级珠光体钢轨钢及其制备方法技术

一种超级珠光体钢轨钢，它的化学成分质量百分比为(wt％)：C0.75-0.78、V0.05-0.09，锰、硅、铬的含量要满足以下三个不等式：1Mn+2Si+2Cr<4、1Mn+1Si+2Cr<3和1Mn+1Si+3Cr>3。上述超级珠光体钢轨钢的制造方法：将上述成分的钢锭进行轧制，温度为1180～1220℃，轧制变形比为8；然后冷却到1100℃，轧制变形量50～65％；再冷却到1000℃，轧制变形量50～70％，然后冷却至室温。本发明专利技术成本较低、易于在生产中在线生产，超级珠光体钢轨钢的抗拉强度达到1500MPa、屈服强度达到1000MPa、冲击韧性达到8J/cm2、延伸率达到12％，硬度达到HRC44，弯曲应力疲劳强度达到750MPa.m-1/2。

【技术实现步骤摘要】
一种超级珠光体钢轨钢及其制备方法
本专利技术属金属材料科学
，特别涉及一种高速重载铁路轨道钢及其制备方法。
技术介绍
从金属学角度来讲，当钢中的C含量超过共析点成分0.77％时，将在奥氏体中先析出先共析渗碳体(二次渗碳体)。共析碳化物的产生会严重降低钢轨的塑性和韧性，给钢轨使用带来巨大的安全隐患，这是绝对不容许的。然而，当在奥氏体向珠光体转变温度区间内提高冷速时，即使C含量超过共析点，也可抑制先共析渗碳体的形成，从而形成伪共析珠光体，并且随着冷速的提高，伪共析珠光体的C含量的上限也会提高。现有高强度珠光体钢轨钢中基本都含有一定量的锰、铬和硅，Mn的加入降低相变A1、A3及Acm温度；Cr的加入则提升A1、A3及Acm温度；Si的加入降低A1温度，但提升A3及Acm温度。另外，Al也可以提升A1、A3及Acm温度。可以利用锰当量表示合金元素对珠光体的影响，添加1wt％的Mn相当于添加2wt％的Si，或者相当于添加1.8wt％的Cr，这样用三者换算出的锰当量来代替合金元素总量，而不是对合金元素单纯的相加。对于降低共析点碳含量的作用，Si、Cr的影响能力相当，但进一步相当于Mn的2倍。对于转变时间，Al含量较低时(＜0.1wt％)可以促进珠光体转变，但增加Al含量其推迟转变能力类似于Mn的作用，而Si的推迟作用要小于Mn的作用。对于珠光体片间距而言，Cr、Mn、Si、Al合金元素均可减小片间距，但Cr的影响最为强烈，Mn、Si、Al作用相当。对于珠光体钢共析点温度的影响规律是，Al提升共析点温度作用最强烈，Si、Cr作用类似，而Mn则强烈降低共析点温度。研究表明，稳定奥氏体元素的加入，如Mn、Ni等，降低了共析点转变温度，因此珠光体转变的驱动力降低，转变速度减慢；而对于稳定铁素体的元素的加入，如Cr、Al、Si等，提升了共析转变温度，使珠光体转变温度提升，促进了珠光体转变。目前，关于珠光体钢轨的专利、论文、研究报告数不胜数，但与本申请专利相近的主要有以下专利。中国专利201410285670.2，该专利涉及一种纳米珠光体钢轨，其内部组织为100％珠光体，且珠光体平均片厚度间距为60nm左右的钢轨，钢的化学成分wt％为：C：0.83～0.93，Mn：0.05～0.10，Al：(8～12)Mn，Si：1.5-Al，Cr：1.0～1.5，Co：0.1～0.3，Zr：0.35～0.55，Mg：0.02～0.06，Cu：0.01～0.05，S＜0.025，P＜0.025，其余为Fe。它的制备方法主要是：开始轧制温度不高于1150℃，轧制变形速率为5～8s-1，单道次变形量为30～50％，总压缩比应大于10，终轧温度不低于950℃；轧后空冷至轨头温度为850℃保温20～30min，接着以30～50℃/min的冷速冷至轨头温度不高于550℃保温30～40min，之后空冷至350℃保温60～90min，最后空冷至室温；再加热到250～300℃，保温60～90min进行去应力回火处理。中国专利200510022444.6，该专利提供了一种珠光体类热处理钢轨及其生产方法，其化学成分按重量百分比包括：C：0.70％～0.95％、Si：0.20％～1.10％、Mn：0.50％～1.50％、V：0.01％～0.20％、Cr：0.15％～1.20％、P：≤0.035％、S：≤0.035％和Al：≤0.005％。该方法包括：冶炼、浇铸并轧制，从650～880℃以1～10℃/s的冷速冷却到400～500℃，或将冷却到室温的钢轨钢先加热到850～1100℃后，再自然冷却到650～880℃，以1～10℃/s的冷速冷却到400～500℃，然后在空气中自然冷却到室温。中国专利201010148333.0，该专利涉及高碳高强热处理钢轨及其制造方法，钢轨化学成分按重量百分比包括：C：0.80～1.20％、Si：0.20～1.20％、Mn：0.20～1.60％、Cr：0.15～1.20％、V：0.01～0.20％、Ti：0.002～0.050％、P≤0.030％、S≤0.030％、Al≤0.010％、N≤0.0100％，其余为铁和不可避免的杂质。终轧温度控制在850～980℃，轧制后热态钢轨余热温度为680～900℃。采用喷雾或压缩空气作为冷却介质冷却轨头和轨底，以1.5～10℃/s的冷速冷却轨头和轨底至400℃～500℃，然后采用自然空冷冷却。中国专利200610043112.0，该专利公开了一种珠光体轨道钢，其合金成分的重量百分比为：C：1.0～1.8％，Al：0.1～6.0％，Cr：0.1～2.5％，Mn：0.2～0.8％，Si：0～1.5％，Mo：0～0.8％，Nb：0～0.1％，V：0～0.1％，Ti：0～0.1％，Re：0～0.05％，余量为Fe。制备方法包括：熔炼、铸锭方法获得坯料，然后进行大变形量变形，空冷后所得材料无须热处理。中国专利201010034200.0，该专利涉及一种重轨钢，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％。钢轨奥氏体化后空冷可以获得超细珠光体组织。日本专利JP63-024045，该专利设计了一种钢轨用钢，钢的成分为：0.5～0.85％C,0.1～1％Si,0.5～1.5％Mn，≤0.035％P，≤0.035％S，≤0.050％Al，其余是Fe和不可避免的微量杂质元素，或者在成分中添加0.05～1.5％Cr，0.02～0.2％Mo，0.01～0.1％V，0.1～1％Ni和0.005～0.05％Nb中的一种或多种。还有日本专利JP5171268-A，该专利设计了一种珠光体钢，钢的成分为：C0.6～1％，S0.1％～1％，Mn0.4～1.5％，Al最多为0.02％，B0.0005～0.004％，N最多为0.003％，并至少添加了以下元素中的至少一种，Cr0.05～2％，Mo0.05～0.5％，V0.02-0.1％，Nb0.01～0.05％和Co0.1～2％。钢加热到1000～250℃并轧制，轧制后的冷却方法为：在900～800℃范围内至少要超过空冷速度，在800～750℃范围内以不超过50℃/min的速度冷却，然后以100～300℃/min的冷却速度冷却到500℃以下。美国专利US,2003192625-A1，该专利设计了一种全珠光体钢轨用钢，钢的成分为：C：0.9～1.1％，Si：0.26～0.8％，Mn：0.8～1.2％，Cr最多为0.35％，其余是铁和其他元素。热轧钢坯，终轧温度为800～1000℃,然后轧制成钢轨，再以3.3～4.3℃/s的冷却速率冷却钢轨到珠光体开始形成的温度，最高到400℃。以上有关珠光体钢钢轨的专利的钢轨强度都比较低，低于1350MPa。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本较低、且易于在生产中在线生产、综合力学性能好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级珠光体钢轨钢，其特征在于：它的化学成分包括：碳、钒、锰、硅、铬及微合金化元素，其中，各化学成分的质量百分比wt％为：C0.75‑0.78、V 0.05‑0.09，锰、硅、铬的含量要满足以下三个不等式：1Mn+2Si+2Cr<4、1Mn+1Si+2Cr<3和1Mn+1Si+3Cr>3，微合金化元素为Al、N和Re元素，且0.1wt％<Al+N+Re<0.3wt％，余量为铁。

【技术特征摘要】
1.一种超级珠光体钢轨钢的制备方法，所述超级珠光体钢轨钢的化学成分包括：碳、钒、锰、硅、铬及微合金化元素，其中，各化学成分的质量百分比wt％为：C0.75-0.78、V0.05-0.09，锰、硅、铬的含量要满足以下三个不等式：1Mn+2Si+2Cr<4、1Mn+1Si+2Cr<3和1Mn+1Si+3Cr>3，微合金化元素为Al、N和Re元素，且0.1wt％<Al+N+Re<0.3wt％，余量为铁；所述1Mn+2Si+2Cr<4是保证钢的碳当量较低、并低于0.85wt％的要求；所述1Mn+1Si+2Cr<3是保证钢的珠光体转变速度较快、并在50...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福成，吕博，王明明，李艳国，郑炀曾，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13