本发明专利技术提供一种重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨及其制造方法，钢轨成分按重量百分比计：C：0.15％～0.25％，Si：0.80％～1.60％，Mn：1.00％～2.20％，P：≤0.025，S：≤0.015，Cr：0.80％～1.80％，Cu：0.20％～0.50％，Mo：0.20％～0.50％，Ni：0.10％～0.40％；B：0.001％～0.003％，Nb：0.15％～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质。本发明专利技术钢轨抗拉强度≥1450MPa，屈服强度≥1300MPa，延伸率≥13.0％，常温冲击吸收能量AKU2≥90J，断面收缩率≥52％，轨头横断面硬度不低于43HRC。
High strength, toughness, abrasion resistant and corrosion resistant bainitic steel rail for heavy haul railway and its manufacturing method
The invention provides a high strength, toughness, wear resistance and corrosion resistance bainite rail for heavy haul railway and its manufacturing method. The composition of the rail is as follows: C: 0.15%-0.25%, Si: 0.80%-1.60%, Mn: 1.00%-2.20%, P: < 0.025, S: < 0.015, Cr: 0.80%-1.80%, Cu: 0.20%-0.50%, Mo: 0.20%. 0.50%, Ni: 0.10% - 0.40%, B: 0.001% - 0.003%, Nb: 0.15% - 0.25%, Fe and inevitable impurities. The rail of the invention has tensile strength (> 1450MPa), yield strength (> 1300MPa), elongation (> 13.0%), impact absorbing energy AKU2 (> 90J) at room temperature, section shrinkage (> 52%) and rail head cross-section hardness (> 43HRC).
【技术实现步骤摘要】
重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨及其制造方法
本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及用于重载铁路干线和容易造成钢轨严重腐蚀路段的铁路用75kg/m级别高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体热处理钢轨。
技术介绍
钢轨是引导列车运行并将车轮载荷传递给道床的关键部件，其质量的优劣直接影响线路的运营效率和行车安全。据了解，我国重载铁路年运输量已超过亿吨，其中两条运煤重载铁路干线朔黄铁路年运煤量超2亿吨、大秦铁路年运煤量超4亿吨，车轮轴重也由原来的25t陆续提高到了27t和30t，这些都对我国重载铁路钢轨提出了更高的使用要求。大轴重、大运量导致现有钢轨伤损数量呈大幅上升态势，尤其在小半径曲线、道岔尖轨或翼轨等部件上，钢轨磨耗、剥离及擦伤十分严重，换轨频率愈发增加、维护成本大大提高。此外，由于隧道中阴暗潮湿和沿海地区海洋气雾环境影响，钢轨腐蚀问题愈发严重，使用寿命显著降低，因腐蚀加剧的钢轨伤损(包括断裂、掉块、起皮等)造成的损失更是难以估计。这些问题对钢轨材料的强韧性、耐磨性和耐腐蚀性等都提出了更严苛的要求，现有钢种已经不能同时满足这些要求。因此，发展新一代既具高强韧耐磨性又具有耐腐蚀性的重载铁路用钢轨势在必行，这也将是未来5～10年钢轨开发的主要方向。在钢轨高强韧耐磨方面，为了减少重载铁路铺设的钢轨的磨耗，现有常规技术多采用合金化或合金化与热处理相结合的方式来增强钢轨的强度和硬度以达到高强耐磨的目的。例如：1)在钢中增加C、Si成分含量，以及添加V、Cr的微合金钢轨，如U75V、U77MnCr钢轨等；2)通过加速冷却轨头部位而制造的轨头硬化热处理钢轨，如U75VH，U77MnCrH、U78CrVH钢轨等(如中国专利ZL96117731.4提供的“含钒合金钢轨的热处理方法”)；3)增加钢中碳含量至过共析成分，采用增加渗碳体密度的方式来增加钢轨高强耐磨性，并通过在线热处理细化晶粒得到过共析热处理钢轨(如新日本制铁株式会公开的专利技术《耐磨损性和耐内部伤损性能优良的钢轨及其制造方法”(ZL96190344.9)和《耐磨性和延性优良的珠光体钢轨及其制造方法》(03800576.X)以及中国专利技术《一种过共析钢轨的热处理方法》(申请号：201410058292.4)、《一种过共析钢轨及其制备方法》(申请号：201510487942.1)和《具有耐磨性能和滚动接触疲劳抵抗性的优异结合的钢轨钢》(申请号：200980105903.3)等。然而，上述钢轨的特征在于均以珠光体为基体，其不足之处在于，对于珠光体钢轨，采用合金化与热处理相结合的方式使抗拉强度达到1300MPa级已接近极限，无法满足重载铁路钢轨高强韧耐磨的使用要求。在钢轨耐腐蚀方面，现有的铺设于隧道潮湿或海洋环境条件下的钢轨的腐蚀防护技术可以概括为以下三方面：一是钢轨表面通过涂层来形成腐蚀防护。如专利技术《一种腐蚀图层钢轨生产工艺》(申请号：03117936.3S)公开了的合金图层确实具备耐湿热、耐盐雾侵蚀能力，但该涂层属于两性金属，在酸、碱性条件下容易反应，致使涂层保持时间短，大大降低耐蚀效果。同时，该方法对钢表面除锈等级要求须高达Sa3.0级，工艺复杂，对于小且不对称的钢轨端面很难达到要求，涂层均匀性也无法保证，生产效率大幅下降。二是牺牲阳极的阴极保护。如《耐腐蚀抗断裂的钢轨或列车钢轮》(申请号：CN200610021963.5)公开了技术方案是在钢轨或车轮的非工作面直接安置阳极，并在钢轨或车轮的表面涂覆具有离子导电和缓蚀功能的缓蚀层，通过牺牲阳极或外接可控直流电源，实施阴极保护与缓蚀剂相结合的新型电化学保护。该方法思路巧妙，但受线路限制较大，回路的电流严重影响铁路信号，并且更换消耗性牺牲锌片的成本很高，推广应用难度很大。三是从钢轨基体耐蚀机理入手，通过调整工艺、合金元素添加、微合金元素强化等手段提高钢轨基体耐腐蚀性，这也是目前国内外针对钢轨耐腐蚀技术方案中的重点研究方向。由A.P.MOON等人发表的CorrosionBehaviorofHigh-StrengthBainiticRailSteels文章进一步揭示和验证了从钢轨基体耐蚀机理方面研究耐腐蚀钢轨的可行性，文章中也通过实验数据论证了以贝氏体为基体的钢轨耐腐蚀性更为优良。目前，钢轨兼具高强韧耐磨耐腐蚀的技术无非是两方面，即：在以珠光体为基体的钢轨中利用高碳与微合金元素配合提高耐腐蚀性和以贝氏体替代珠光体为基体提高耐腐蚀性。例如：(1)专利技术《具有优良强韧性能抗疲劳性能和耐磨性能耐蚀重轨钢》(申请号为201010034200.0)公开的方法中的成分设计理论上确实可以提高钢轨强韧性和耐磨性，但是不足之处在于，作为以珠光体为基体的钢轨钢，由于碳含量较高即使在耐蚀合金的作用下依旧无法阻止多余碳与氢氧和腐蚀性气体环境的优先反应，导致其不具备耐腐蚀性能，而且该方法中同时添加了V、Ti、Ni等贵合金元素，且含量总和超过1％，显著增加了生产成本。A.P.MOON等人也通过试验证明了珠光体为基体钢轨不具有耐腐蚀性。(2)专利技术《一种耐腐蚀贝氏体钢轨》(申请号：201110077892.1)公开了的方法中贝氏体钢轨确实存在一定的耐腐蚀性，但是不足之处在于，成分设计中对合金含量的添加存在一定的不合理性，尤其是Cr元素高达4.0％，强淬透性导致低速冷却(如正火)即可出现马氏体，体积分数可高达20％～30％的马氏体，严重损害韧塑性，几乎不具备使用性能。同时，Mn+Cr超过5.0％，这也显著降低了钢轨的工艺性能，元素偏析加剧，生产成本飙升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题和不足而提供一种重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨及其制造方法，本专利技术钢轨抗拉强度(Rm)≥1450MPa，屈服强度(Rp0.2)≥1300MPa，延伸率(A)≥13.0％，常温冲击试验的冲击吸收能量AKU2≥90J，断面收缩率(Z)≥52％，轨头横断面硬度不低于43HRC。本专利技术目的是这样实现的：一种重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨，该钢轨的成分按重量百分比计如下：C：0.15％～0.25％，Si：0.80％～1.60％，Mn：1.00％～2.20％，P：≤0.025，S：≤0.015，Cr：0.80％～1.80％，Cu：0.20％～0.50％，Mo：0.20％～0.50％，Ni：0.10％～0.40％；B：0.001％～0.003％，Nb：0.15％～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述钢轨组织为贝氏体+残余奥氏体，所述贝氏体体积百分数不低于90％。本专利技术成分设计理由如下：C是基体强化型最基本元素，主要是保证基体的强度和硬度，对于本专利技术贝氏体钢轨来说，C含量低于0.15％时，其他合金元素弥补不了强度与硬度的缺失；C含量高于0.25％时，会影响贝氏体钢轨的韧性，而且加速冷却时容易出现马氏体过冷相，降低强度和韧性。所以，选择C含量为0.15％～0.25％。Si是固溶型强化元素，本专利技术中Si的主要作用主要是抑制碳化物(尤其是渗碳体)析出，提高韧塑性，低于0.8％时，会明显降低韧塑性；高于1.6％时，则组织中会出现较多的残余奥氏体相以及马奥岛，基体稳定性降低，韧塑性也会下降。所以，选择Si含量为0.80％～1.60％。Mn是性价比最高的相变型强化元素，同时还置换并固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨，其特征在于，该钢轨的成分按重量百分比计如下：C：0.15％～0.25％，Si：0.80％～1.60％，Mn：1.00％～2.20％，P：≤0.025，S：≤0.015，Cr：0.80％～1.80％，Cu：0.20％～0.50％，Mo：0.20％～0.50％，Ni：0.10％～0.40％；B：0.001％～0.003％，Nb：0.15％～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨，其特征在于，该钢轨的成分按重量百分比计如下：C：0.15％～0.25％，Si：0.80％～1.60％，Mn：1.00％～2.20％，P：≤0.025，S：≤0.015，Cr：0.80％～1.80％，Cu：0.20％～0.50％，Mo：0.20％～0.50％，Ni：0.10％～0.40％；B：0.001％～0.003％，Nb：0.15％～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的重载铁路用高强韧耐磨耐腐蚀贝氏体钢轨，其特征在于，所述钢轨组织为贝氏体+残余奥氏体，所述贝氏体体积百分数不低于90％，所述钢轨抗拉...
【专利技术属性】
技术研发人员：王冬，金纪勇，陈昕，刘祥，丁宁，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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