成型轧件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种成型轧件，尤其是轨道或铁轨，它由一种具有沿横截面至少局部通过加速冷却形成的组织结构的铁基合金制成，以及涉及一种制造此轧件的方法。按本发明专利技术规定，此铁基合金具有硅加铝的含量为低于０．９９重量百分比，以及在轧件中至少局部具有一种结构组织形态，这种组织在奥氏体基本上等温的组织转变时在下贝氏体转变区内形成。这种组织结构借助一种方法达到，按这种方法，首先确定合金的转变特性，接着，在一个在马氏体转变温度与高于马氏体转变温度最多２５０℃的温度值之间的温度下至少部分地实施轧件材料的转变。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及成型轧件尤其是轨道或铁轨，由一种铁基合金制成，这种铁基合金含有碳、硅、锰、必要时铬、生成特殊碳化物和影响材料相变特性的元素和/或微量合金添加物、余量铁和制造引起的以及通常的杂质，具有沿横截面至少局部通过加速冷却由合金的奥氏体区域形成的组织结构。本专利技术还包括制造成型轧件尤其是轨道或铁轨的方法，这种轧件由一种铁基合金制成，具有沿横截面至少局部通过加速冷却由合金的奥氏体区域形成的组织结构，其中至少轧件表面的一些部分施加冷却剂或置入冷却剂中。轧件作为构件根据具体的使用条件承受不同的负载，在这种情况下基于一般的材料性质，最大的单个负荷基本上决定了构件所需的尺寸和/或其耐用性。为此，在技术和经济上有利的是，构件的性质剖面与对构件的要求相匹配，或根据构件上作用的各个负荷使构件有特别高的材料参数。以轨道或铁轨为例，可明显看出一种多层次的材料负荷。对于轨道行驶的交通，轨道一方面应在头部或支承车轮的表面有高的耐磨性，另一方面由于轨道中受弯曲负荷应在其余的横截面区内具有高的韧性、强度和抗断裂安全系数。为了在运输量不断上升和轴荷载越来越大的情况下改善轨道的使用性能，提出了许多建议，提高轨道的头部硬度。由AT-399346-B已知一种满足此要求的方法，按此方法，由合金的奥氏体区域构成的轨头浸入一种具有合成的冷却剂添加物的冷却剂中，直至表面温度达到450℃与550℃之间并接着从冷却剂中取出，因此在头部形成一种具有更高材料硬度的细珠光体组织。为了实施此方法，按EP441166-A公开了一种设备，采用此设备可以方便地将轨头浸没在盛有冷却液的浸浴槽内。由EP-186373-B1已知另一种方法用于在轨道内形成稳定的珠光体结构，按此方法主要使用了一种加速冷却轨道的冷却剂喷嘴装置，并根据轨头应达到的硬度值和钢的碳当量，调整喷嘴装置与轨头之间的距离。由EP-693562-A已知一种方法和一种实施此方法的设备，用于珠光体轧件尤其是轨道的热处理，其中，尤其在轨头区形成具有更高硬度和耐磨强度的细珠光体组织。在EP-293002中公开了另一种用于调整在轨头区内的细珠光体组织结构。其中，用热水射流将轨头冷却至420℃，并接着借助于空气流进行处理。由EP-358362-A已知一种方法，按此方法，由合金的奥氏体区域构成的轨头被冷却至具有高的强度和标准，使表面温度保持在马氏体转变温度以上。在达到所选择的温度后实施有限的冷却作用，所以在下珠光体转变的温度区域内更确切的说奥氏体细化珠光体完全等温地进行转变。根据钢的化学成分，这种组织变化应在不生成贝氏体的情况下进行。按EP-136613-A和DE-3336006-A采用一种方法可以获得一种轨道，这种轨道在轨头有高的耐磨强度和在轨底有高的抗断裂安全系数，按此方法，轨道在轨制和在810.至890℃的空气中冷却后奥氏体化，紧接着加速冷却。在这种情况下冷却这样进行，即，在头部形成细珠光体组织而在轨底区形成马氏体组织，紧接着此组织进行回火。为了使轧制件获得有利的机械性能，尤其是使轨道或铁轨在轨头获得高的耐磨强度而在其余区域获得高的韧性，按先有技术在材料内形成细珠光体组织结构，并避免可能具有马氏体部分的贝氏体组织或中温组织。前面所述的也是有科学根据的，因为在实行原子扩散的珠光体转变时伴随着温度下降，碳化物和铁素体片状相的晶核形成速度增加，因此组织越来越细化并因而在高韧度的情况下更硬和更耐磨。珠光体的形成通过晶核形成和生长，这由过冷却的程度和尤其是碳原子和铁原子的扩散速度确定。若冷却速度进一步提高或转变温度进一步下降，完成从含碳量低的铁基材料转变为贝氏体组织。尽管还没有严格的科学解释，但有多种假设，在奥氏体转变为贝氏体或贝氏体转变时基体原子冻结，以及组织结构的改变通过晶格的解体实现，然而在这种情况下碳原子还可以扩散并在以后形成碳化物。直接在细片状珠光体转变温度区下方亦即在奥氏体转变为贝氏体时形成的组织结构具有一种相当粗大的形态。生成的碳化物也明显地比较粗大，它们位于片状铁素体之间，严重地恶化了材料韧性，促使材料疲劳，以及尤其在受冲击负荷时增加了构件断裂的危险性。由于这一理由，轨道在组织中不应当有贝氏体成分。由WO 96/22396已知一种具有高耐磨强度和改善了抗接触疲劳强度的无碳化物的贝氏体钢。在一种低合金的具有0.05至0.5重量％碳、0.5至2.5重％锰和0.25至2.5重量％铬的钢中，借助于高的硅和/铝的含量为1.0至3.0重量％，通过从轧制温度连续冷却，应在轧件内形成一种“上贝氏体”型的基本上无碳化物的微观结构，这是由贝氏体的铁素体、残余奥氏体和高含碳量的马氏体组成的混合组织。但在温度低和/或受机械负荷时，组织中的至少部分残余奥氏体可能相变解体而形成马氏体和/或所谓变形马氏体，因此增加了在相界处的开裂危险。增加铁路区段上的运输量以及加大轴荷载和列车运行速度，通常要求提高材料质量，并还应通过改善轨道的使用性能来达到。迄今已知的由低合金的铁基材料制的轧件以及制造这种轨件的方法尤其是热处理方法，为了具有更好的使用性能往往以下列缺点为代价，即，按照先有技术只有采用更为昂贵的合金技术措施才能达到进一步提高材料耐磨强度和韧性的目的。本专利技术提供补救措施，其目的为提供一种成型轧件尤其是轨道，这种轧件在提高了韧性和材料硬度以及抗接触疲劳强度的同时最佳地组合高抗磨强度亦即高耐磨性。此外，本专利技术的目的是创造一种新的方法，借助于此方法，在使用经济的合金的情况下改善了成型轧件的使用性能。此目的在前言所述类型的一种此类对象中这样达到，即，使铁基合金具有按重量百分比计的元素浓度为，硅最大0.93，最好0.21至0.69，铝最大0.06，最好低于0.03，以及硅加铝总量小于0.99；以及，至少在轧件横截面局部区内存在具有一种结构的组织，这种结构在奥氏体基本上等温的组织转变中在下贝氏体转变区内形成。采用本专利技术获得的优点如已发现的那样主要在于，一种具有相应于在下贝氏体转变区内转变的组织结构的轧件，有明显改进的机械性能。对此所需的前提条件是，严格限制材料含硅量和/或含铝量的上限。更高的硅和/或铝浓度在低合金的铁基材料中造成在材料系统状态中截止在γ区，所以在下贝氏体转变区内奥氏体组织的基本上完全转变，只有在硅最大含量为0.93重量％和铝最大含量为0.06重量％以及硅加铝的含量低于0.99重量％时才有可能。在上贝氏体转变区的组织结构与下贝氏体转变区的组织结构之间材料性能出人意外地巨大改善，目前还不能完全解释清楚，部分专业界为此提出的科学根据是，在奥氏体转变为贝氏体的上温度区，尽管在此温度范围冻结了点阵原子的自动扩散，但碳仍能容易地扩散。这造成粗大的光学显微镜可看到的碳化物析出，析出的碳化物处于铁素体针之间，其结果是对材料性质带来不利的影响。反之，在下贝氏体转变的温度区内，碳的扩散大大减少或基本上冻结，因此碳化物在中间级铁素体的针内形成并存在着如此细微的分布，以致光学显微镜已不再能确定它们，而是只有电子显微镜才能识别。这种在下贝氏体转变区组织中的有利的碳化物结构和碳化物分布，显然导致明显改善轧件的硬度和强度、韧性、断裂安全系数、耐磨强度以及使轧件有更高的抗接触疲劳强度。为获得特别有利的轧件性质，使铁基合金主要具有按重量百分比的元本文档来自技高网...

【技术保护点】
成型轧件尤其是轨道或铁轨，由一种铁基合金制成，这种铁基合金含有碳、硅、锰、必要时铬、生成特殊碳化物和影响材料相变特性的元素和／或微量合金添加物、余量铁和制造引起的和通常的杂质，具有沿截面至少局部通过加速冷却由合金的奥氏体区域形成的组织结构，其特征为：此铁基合金具有按重量百分比计的元素浓度为，硅最大０．９３，最好０．２１至０．６９，铝最大０．０６，最好低于０．０３，和硅加铝总量小于０．９９；以及，至少在轧件横截面局部区内沿其纵向存在具有一种结构的组织，这种结构在奥氏体基本上等温的组织转变中在下贝氏体转变区内形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔宾约勒尔，彼得波因特纳，赫伯特阿多夫希弗，
申请(专利权)人：福斯特阿尔帕钢轨股份有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]