耐海洋环境腐蚀的钢轨制造技术

本发明专利技术涉及一种钢轨材料，具体涉及耐海洋环境腐蚀的钢轨。本发明专利技术解决的技术问题是提供耐海洋环境腐蚀的钢轨，采用如下热处理方法制备得到：将热轧后处于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为2～5℃/s，直到轨头踏面温度降至480℃以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120nm，钢轨成品的抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥10％。本发明专利技术钢轨耐海洋环境腐蚀，在海洋环境中腐蚀速率低于同等条件下碳素及普通微合金化钢轨的1/2，适宜于沿海地区大运量、轴重高的重载铁路应用。

【技术实现步骤摘要】
耐海洋环境腐蚀的钢轨
本专利技术涉及一种钢轨材料，具体涉及耐海洋环境腐蚀的钢轨。
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。我国东南沿海铁路密集，行车密度大，通过总重 高，由于长期在海洋环境中服役，钢轨锈蚀严重，在确保所需力学性能的基础上适当提高钢 轨的耐腐蚀性能，使其至少满足一个大修周期的要求，避免因腐蚀问题提前更换下道将是 今后亟待解决的问题。 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 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0. 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%，其对提高钢轨耐腐蚀性 能的贡献有限。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。此外，该专利中碳含量上限为〇. 72%， 并且采用热轧态钢轨直接上道应用，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，亟需一种耐海洋环境腐蚀的热 处理钢轨满足铁路发展需要。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供耐海洋环境腐蚀的钢轨。 本专利技术耐海洋环境腐蚀的钢轨，采用如下热处理方法制备得到：将热轧后处于奥 氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为2?5°C /s，直到轨头踏面温度降至480°C以下 时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体 和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120nm，钢轨成品的抗拉强度 彡1200MPa，延伸率彡10%。 其中，加速冷却可以通过对钢轨的轨头踏面及轨头两侧施加冷却介质来进行。 进一步的，本专利技术的钢轨化学成分优选由以下重量百分比的元素组成：C: 0· 71 % ?0· 80 %、Si :0· 30 % ?0· 80 %、Μη:0· 80 % ?1. 20 %、Cr:0. 15 % ?0· 35 %、 V :0· 04% ?0· 12 %、Cu :0· 30 % ?0· 50 %、Ni :Cu 含量的 1/2、P :0· 03 % ?0· 05 %、S : < 0.020 %，余量为Fe和不可避免的杂质。更优选由以下重量百分比的元素组成：C: 0. 77 %, Si ：0. 80 %, Μη ：1. 12 %, Ρ ：0. 042 S ：0. 012 Cr ：0. 35 Cu ：0. 50 Ni ： 0. 25%、V :0. 09%，余量为Fe和不可避免的杂质。 本领域常用的冷却介质均适用于本专利技术，优选为介质为压缩空气、水雾混合气或 油气混合气。 本专利技术耐海洋环境腐蚀的钢轨的化学成分优选为含有〇. 30%?0. 50%的Cu、Cu 含量1/2的Ni以及0.03%?0.05%的P。 Cu含量优选控制在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ll〇〇°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。 Ni含量优选为Cu含量的1/2。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,即Ni在钢中的作用除 提高耐腐蚀性能外，主要用于减轻Cu含量提高对钢轨部分性能的危害。 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，对于耐腐蚀钢中的P 含量，一般不宜超过〇. 10%。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，优选的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。 本专利技术耐海洋环境腐蚀的钢轨可采用如下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于采用如下热处理方法制备得到：将热轧后处于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为2～5℃/s，直到轨头踏面温度降至480℃以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120nm，钢轨成品的抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥10％。

【技术特征摘要】
1. 耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于采用如下热处理方法制备得到：将热轧后处于 奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为2?5°C /s，直到轨头踏面温度降至480°C以 下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品； 所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠 光体片间距不超过120nm，钢轨成品的抗拉强度彡1200MPa，延伸率彡10%。2. 根据权利要求1所述的耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于：通过对钢轨的轨头踏 面及轨头两侧施加冷却介质来进行加速冷却。3. 根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩振宇，邹明，郭华，李大东，贾济海，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