耐腐蚀性的微合金化钢和钢轨及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钢轨材料，具体涉及耐腐蚀性的微合金化钢。本发明专利技术所要解决的技术问题是提供耐腐蚀性的微合金化钢，其化学成分由以下重量百分比的元素组成：C：0.73％～0.85％，Si：0.30％～0.90％，Mn：0.80％～1.20％，Cr：0.20％～0.40％，Cu：0.30％～0.50％，Ni：Cu含量的1/2～2/3，P：0.03％～0.05％，S：≤0.025％；以下三种元素中的至少一种：V：0.04％～0.12％，Nb：0.02％～0.06％、Re：0.005％～0.05％；余量为Fe和不可避免的杂质。钢轨产品的显微组织为珠光体+微量铁素体，抗拉强度≥1000MPa、具有良好的耐海洋环境及大气环境腐蚀性能，适宜于沿海地区及高相对湿度隧道应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢轨材料，具体涉及耐腐蚀性的微合金化钢轨及其制备方法。
技术介绍
钢轨作为引导列车运行并将载荷传递至道床的结构件，直接关系到铁路的运输效 率和行车安全。由于铁路长期暴露于自然环境中，因而铁路用钢不仅要满足各项力学性能 要求，还同时要具有一定的耐腐蚀性能。在钢轨服役过程中，不仅要承受各项复杂应力作 用，还将面临因长期腐蚀导致的失效问题。在气候半湿润或干旱地区，采用普通碳素或微合 金化钢制造的钢轨在服役周期内通常不会因腐蚀问题影响其使用寿命。相比之下，在沿海 或桥隧区域铺设的钢轨，由于长期处于海洋环境和高湿度环境中，钢轨腐蚀问题的影响很 更加显著，适当提高钢轨的耐腐蚀性能，使其至少满足一个换轨周期的要求，避免因腐蚀问 题导致钢轨提前下道将是今后亟待解决的一个问题。此外，我国高速铁路路网布局已初具 规模，由于高铁主要位于东南沿海区域；同时，高速铁路用钢轨的预期服役寿命一般在15 年以上，远高于普通客货混运或重载铁路钢轨。因此，随着服役时间的延长，钢轨的腐蚀问 题将逐步显现，研制出既能够满足铁道行业标准规定的组织与性能指标要求，同时耐腐蚀 性能在现有钢轨基础上显著提高的钢轨新产品对促进我国铁路发展具有重要意义。 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。前述两种方法的耐 腐蚀原理与本专利技术有本质不同，对于第三种方式，是目前国内外的重点研究方向。 申请号为201010034200. 0的专利技术专利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，其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%、Μη :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他，、11、附^〇，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 %。通过分析可知，该专利采用了在现有碳素钢轨钢的基础上添加 Cr、Cu等廉 价耐腐蚀合金元素的方式提高钢轨的耐腐蚀性能；同时，根据性能的需要添加 V、Nb、Ti等 合金元素，依据添加量不同在钢中发挥固溶或析出强化作用，最终提高钢轨的强韧性。 研究表明，在低碳或超低碳钢中添加 Cr、Cu、Ni等元素同时增加提高耐腐蚀性能 显著的P元素含量，可以在原有碳素钢的基础上显著提高耐大气及海洋环境性能，如我国 早期研制的〇9CuPTiRE、09CuPCrNi耐候钢等。对于如钢轨等高碳钢，添加 Cr、Cu、Ni元素对 于组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响与低碳钢有类似之处，同时也存在明显不同。首先， Cr含量是目前钢轨钢普遍采用的强化元素，提高Cr含量不仅对强韧性提高显著，同时也能 够提高耐腐蚀性能；添加〇. 2%?0. 65%的Cu以及根据需要添加0. 1 %?0. 3%的Ni能够 略微提高钢轨的强硬度指标而不损失韧塑性；对于耐腐蚀性能，如钢中P含量< 〇. 025%， 对于耐海洋环境耐腐蚀性能尚有一定帮助，但在大气酸性环境下，其耐腐蚀性能无法得到 有效提高。同时，Cu含量超过0. 5%以后，还将引起焊接性能特别是铝热焊冲击韧性的恶化 并增加铜脆的倾向性，不利于钢轨的服役安全。同时，该专利中碳含量上限为〇. 72%，钢轨 强度级别较低，仅能满足高速及普通客货混匀铁路需要，难以满足大轴重、大运量重载铁路 运输需求。因此，亟需一种耐腐蚀性能优良的高强度钢轨满足铁路发展需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供耐腐蚀性能优良的微合金化钢。 本专利技术耐腐蚀性的微合金化钢，其化学成分由以下重量百分比的元素组成：C: 0· 73 % ?0· 85 %，Si :0· 30 % ?0· 90 %，Μη :0· 80 % ?1. 20 %，Cr :0· 20 % ?0· 40 %，Cu : 0· 30%?0· 50%，Ni :Cu 含量的 1/2 ?2/3, P :0· 03%?0· 05%，S :彡 0· 025% ;以下三种 元素中的至少一种：V :0· 04%?0· 12%，Nb :0· 02%?0· 06%、Re :0· 005%?0· 05%;余量 为Fe和不可避免的杂质。 本专利技术专利含有0.30%?0.50%的(：11、(：11含量1/2?2/3的附以及0.03%? 0.05%的P，三种元素缺一不可。 Cu含量需要严格控制在0.30 %?0.50 %。当钢中Cu含量<0.20%，作为钢中提 高耐腐蚀性能最重要的元素，无法发挥相应作用，进而达到本专利技术提高钢轨耐腐蚀性能的 目的；当钢中Cu含量> 0. 50%，一方面，如在强氧化气氛中较长时间高温加热及保温时，由 于Fe的选择性氧化，在岗的表层氧化皮与基体界面将富集一层熔点低于1100°C的富Cu相， 并沿奥氏体晶界渗透，将使钢坯以及轧制后的钢轨产生表层裂纹或角裂；另一方面，通过焊 接模拟实验证实，Cu含量提高后将显著恶化钢轨的焊接性能特别是铝热焊的冲击韧性，不 利于钢轨接头的服役安全性。因此，Cu含量为0. 30%?0. 50%为宜。 Ni含量为Cu含量的1/2?2/3。在含Cu钢中添加 Ni，能够提高Cu在奥氏体中的 溶解度，在含Cu钢中加入一定量的Ni，能够防止Cu脆现象的发生，同时可进一步提高钢轨 的耐腐蚀性能，由于Ni为昂贵合金元素，适宜的含量为Cu含量的1/2?2/3,即Ni在钢中 的作用除提高耐腐蚀性能外，主要用于减轻Cu含量提高对钢轨各项指标的危害。 对于钢中的P元素，则是耐腐蚀钢材中作用仅次于Cu的最重要的耐腐蚀元素 ，P 在钢中提高耐大气腐蚀方面有着特殊的作用，主要表现为P促使非晶态锈层的形成并改善 锈层结果，提高致密度及和钢表面的粘结性、增强与大气隔离方面有着独特的效应有关。钢 中适量的Cu和P同时添加到钢中，其复合耐腐蚀作用更加显著。因此，低于耐腐蚀钢中的 P含量，一般不宜超过〇. 1%。然而，P提高耐腐蚀性能的同时也带来了脆性增加、韧塑性特 别是冲击韧性降低的危害，在钢轨等高碳钢中十分明显。研究表明，既要发挥P对提高耐腐 蚀性能的有益作用，又要降低因脆性导致服役风险的增加，适宜的P含量控制在0. 03%? 0. 05%为宜，如P含量低于0. 03%，钢轨在大气环境中的耐腐蚀性能无法有效提高；如P含 量高于0. 05%，钢轨脆性过大，无法满足服役要求。 本专利技术耐腐蚀性的微合金化钢的显微组织为珠光体或者珠光体和少量铁素体的 混合体，其力学性能为：抗拉强度Rm彡lOOOMPa，A彡11%。 本专利技术耐腐蚀性的微合金化钢可采用常规工艺制备。 本专利技术还提供本本文档来自技高网...

【技术保护点】
耐腐蚀性的微合金化钢，其特征在于，其化学成分由以下重量百分比的元素组成：C：0.73％～0.85％，Si：0.30％～0.90％，Mn：0.80％～1.20％，Cr：0.20％～0.40％，Cu：0.30％～0.50％，Ni：Cu含量的1/2～2/3，P：0.03％～0.05％，S：≤0.025％；以下三种元素中的至少一种：V：0.04％～0.12％，Nb：0.02％～0.06％、Re：0.005％～0.05％；余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1. 耐腐蚀性的微合金化钢，其特征在于，其化学成分由以下重量百分比的元素组成： C :0. 73%?0. 85%，Si :0. 30%?0. 90%，Mn :0. 80%?1. 20%，Cr :0. 20%?0. 40%， Cu :0· 30%?0· 50%，Ni :Cu 含量的 1/2 ?2/3, P :0· 03%?0· 05%，S :彡 0· 025% ; 以下三种元素中的至少一种：V :0. 04 %?0. 12 %，Nb :0. 02 %?0. 06 %、Re : 0. 005%?0...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩振宇，邹明，贾济海，郭华，李大东，邓勇，王春建，袁俊，陈崇木，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51