用于制造钢轨的方法和相应的钢轨技术

用于制造钢轨的方法，包括：‑铸造钢以获得半成品，所述钢的组成包含0.20％≤C≤0.60％、1.0％≤Si≤2.0％、0.60％≤Mn≤1.60％和0.5≤Cr≤2.2％，任选地0.01％≤Mo≤0.3％、0.01％≤V≤0.30％，剩余部分为铁和杂质；‑将所述半成品热轧成具有所述钢轨的形状并且包括头部的热轧半成品，其中最终轧制温度T

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造钢轨的方法和相应的钢轨本专利技术涉及用于制造具有优异的机械特性以及耐磨性和抗滚压接触疲劳性的钢轨的方法，以及相应的钢轨。近年来，火车速度和负荷已经提高以改善铁路运输并且接触应力可能超过2000MPa。这些更严峻的服务条件需要新的具有更高的耐磨性和抗滚压接触疲劳性的钢轨，尤其是对于重工业铁路运输。磨损和滚压接触疲劳(RollingContactFatigue，RCF)是可能引起铁路轨道中延迟故障的两个重要因素。虽然已经对磨损机理进行了充分的研究并得到了很好的理解，并且如今在铁路系统中已对磨损进行管理，但是对RCF的理解仍然不足以提供有效的方案来防止RCF缺陷的形成，这可能引起钢轨的逐渐劣化和过早的维护。开发新的钢轨钢以解决磨损和RCF的传统方法是增加钢硬度和强度。在用于轨道的常规珠光体等级的情况下，在过去40年中，通过减小层间间距，通过添加昂贵的合金元素或通过头部硬化实现了这样的增加。然而，这样的耐磨性的增加通常伴随着韧性的降低。前述挑战表明，尽管进行了所有研究来开发具有增强的机械特性的新显微组织，但珠光体钢种在磨损和滚压接触疲劳性能方面已经达到了其极限，这意味着现有的轨道等级无法应对最苛刻的服务条件。包含例如下贝氏体显微组织的贝氏体钢由于硬度、强度和韧性的良好组合而被认为是下一代高级高强度钢以及用于重载钢轨和铁路交叉点的候选材料。包含下贝氏体显微组织的贝氏体钢提供良好的耐磨性但是不能实现足够的RCF抗性。特别地，WO1996022396A1公开了一种用于制造高强度耐磨损且抗滚压接触疲劳的钢轨的方法。该钢轨由具有包含以下的组成的钢制成：0.05％至0.5％的C、1.00％至3.00％的Si和/或Al、0.50％至2.50％的Mn和0.25％至2.50％的Cr。该钢轨通过从最终热轧温度对钢进行空冷来制造。EP1873262公开了一种用于由包含0.3％至0.4％的C、0.7％至0.9％的Si、0.6％至0.8％的Mn和2.2％至3.0％的Cr的钢制造高强度导轨的方法。该制造方法包括在形成贝氏体组织之后对钢进行空冷。然而，EP1873262没有教导任何具体的冷却速率。EP0612852、US2015218759和US201514702188公开了通过加速冷却来制造贝氏体钢轨的方法。然而，这些钢轨未表现出足够的抗滚压接触疲劳性。因此，仍然期望制造钢轨。本专利技术的目的是提供制造具有优异的抗滚压接触疲劳性和耐磨性的高性能钢轨的方法。特别地，期望制造这样的钢轨：其中钢轨头部具有至少1300MPa的抗拉强度、至少1000MPa的屈服强度、至少13％的总延伸率和至少420HB优选地至少430HB的硬度以及优异的抗滚压接触疲劳性和耐磨性。为此目的，本专利技术涉及用于制造包括头部的钢轨的方法，所述方法包括以下顺序步骤：-铸造钢以获得半成品，所述钢的化学组成以重量％计包含：0.20％≤C≤0.60％，1.0％≤Si≤2.0％，0.60％≤Mn≤1.60％，以及0.5≤Cr≤2.2％，以及任选地选自以下中的一种或更多种元素：0.01％≤Mo≤0.3％，0.01％≤V≤0.30％；剩余部分为Fe和由熔炼产生的不可避免的杂质；-将半成品热轧成具有轨道的形状并且包括头部的热轧半成品，其中最终轧制温度TFRT高于Ar3；-将热轧半成品的头部从最终轧制温度TFRT冷却到200℃至520℃的冷却停止温度TCS，使得热轧半成品的头部的随时间的温度在上边界与下边界之间，所述上边界具有由A1(0秒，780℃)、B1(50秒，600℃)和C1(110秒，520℃)限定的时间和温度的坐标，所述下边界具有由A2(0秒，675℃)、B2(50秒，510℃)和C2(110秒，300℃)限定的时间和温度的坐标；-将热轧半成品的头部保持在300℃至520℃的温度范围内持续至少12分钟的保温时间t保温，以及；-将热轧半成品冷却至室温以获得钢轨。用于制造钢轨的方法还可以包括以下特征中的一者或更多者，以下特征单独采用或者根据任何技术上可能的组合采用：-钢轨的头部的显微组织以表面分数计由以下组成：-49％至67％的贝氏体；-14％至25％的残余奥氏体，残余奥氏体的平均碳含量为0.80％至1.44％。-13％至34％的回火马氏体；-头部的显微组织中贝氏体的表面分数高于或等于56％；-头部的显微组织中残余奥氏体的表面分数为18％至23％；-头部的显微组织中回火马氏体的表面分数为14.5％至22.5％；-残余奥氏体中的平均碳含量高于1.3％；-冷却停止温度TCS为300℃至520℃；-冷却停止温度TCS为200℃至300℃，以及该方法在将热轧半成品的头部冷却至冷却停止温度TCS的步骤之后且在将头部保持在所述温度范围内的步骤之前，还包括将热轧半成品的头部加热高至300℃至520℃的温度的步骤；-将热轧半成品的头部冷却的步骤通过水射流进行；-在将热轧半成品的头部冷却的步骤期间，将整个热轧半成品冷却使得热轧半成品的随时间的温度在上边界与下边界之间；-在对半成品进行热轧的步骤期间，从高于1080℃，优选地高于1180℃的热轧起始温度对半成品进行热轧；-钢的化学组成包含含量以重量％表示的：0.30％≤C≤0.60％；-钢的化学组成包含含量以重量％表示的：1.25％≤Si≤1.6％；以及-钢的化学组成包含含量以重量％表示的：1.09％≤Mn≤1.5％。本专利技术还涉及热轧钢部件，其化学组成以重量％计包含：0.20％≤C≤0.60％，1.0％≤Si≤2.0％，0.60％≤Mn≤1.60％，以及0.5≤Cr≤2.2％，以及任选地选自以下中的一种或更多种元素：0.01％≤Mo≤0.3％，0.01％≤V≤0.30％；剩余部分为Fe和由熔炼产生的不可避免的杂质；包括头部的钢轨的显微组织以表面分数计由以下组成：49％至67％的贝氏体，14％至25％的残余奥氏体，残余奥氏体的平均碳含量为0.80％至1.44％，以及13％至34％的回火马氏体。热轧钢部件还可以包括以下特征中的一者或更多者，以下特征单独采用或者根据任何技术上可能的组合采用：-钢轨的头部的显微组织中贝氏体的表面分数高于56％；-钢轨的头部的显微组织中残余奥氏体的表面分数为18％至23％；-钢轨的头部的显微组织中回火马氏体的表面分数为14.5％至22.5％；-残余奥氏体中的平均碳含量高于1.3％；-钢的化学组成包含含量以重量％表示的：0.30％≤C≤0.6％；-钢的化学组成包含含量以重量％表示的：1.25％≤Si≤1.6％；-钢的化学组成包含含量以重量％表示的：0.9％≤Mn≤1.5％；-钢轨的头部的硬度为420HB至4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造包括头部的钢轨的方法，所述方法包括以下顺序步骤：/n-铸造钢以获得半成品，所述钢的化学组成以重量％计包含：/n0.20％≤C≤0.60％，/n1.0％≤Si≤2.0％，/n0.60％≤Mn≤1.60％，/n以及0.5≤Cr≤2.2％，/n以及任选地选自以下中的一种或更多种元素：/n0.01％≤Mo≤0.3％，/n0.01％≤V≤0.30％；/n剩余部分为Fe和由熔炼产生的不可避免的杂质；/n-将所述半成品热轧成具有所述钢轨的形状并且包括头部的热轧半成品，其中最终轧制温度T

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171127 IB PCT/IB2017/0574241.一种用于制造包括头部的钢轨的方法，所述方法包括以下顺序步骤：
-铸造钢以获得半成品，所述钢的化学组成以重量％计包含：
0.20％≤C≤0.60％，
1.0％≤Si≤2.0％，
0.60％≤Mn≤1.60％，
以及0.5≤Cr≤2.2％，
以及任选地选自以下中的一种或更多种元素：
0.01％≤Mo≤0.3％，
0.01％≤V≤0.30％；
剩余部分为Fe和由熔炼产生的不可避免的杂质；
-将所述半成品热轧成具有所述钢轨的形状并且包括头部的热轧半成品，其中最终轧制温度TFRT高于Ar3；
-将所述热轧半成品的所述头部从所述最终轧制温度TFRT冷却到200℃至520℃的冷却停止温度TCS，使得所述热轧半成品的所述头部的随时间的温度在上边界与下边界之间，所述上边界具有由A1(0秒，780℃)、B1(50秒，600℃)和C1(110秒，520℃)限定的时间和温度的坐标，所述下边界具有由A2(0秒，675℃)、B2(50秒，510℃)和C2(110秒，300℃)限定的时间和温度的坐标；
-将所述热轧半成品的所述头部保持在300℃至520℃的温度范围内持续至少12分钟的保温时间t保温；以及
-将所述热轧半成品冷却到室温以获得所述钢轨。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢轨的所述头部的显微组织以表面分数计由以下组成：
-49％至67％的贝氏体；
-14％至25％的残余奥氏体，所述残余奥氏体的平均碳含量为0.80％至1.44％；
-13％至34％的回火马氏体。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述头部的显微组织中贝氏体的表面分数高于或等于56％。


4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述头部的显微组织中残余奥氏体的表面分数为18％至23％。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述头部的显微组织中回火马氏体的表面分数为14.5％至22.5％。


6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述残余奥氏体中的平均碳含量高于1.3％。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述冷却停止温度TCS为300℃至520℃。


8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述冷却停止温度TCS为200℃至300℃，以及所述方法在将所述热轧半成品的所述头部冷却到所述冷却停止温度TCS的步骤之后且在将所述头部保持在所述温度范围内的步骤之前，还包括将所述热轧半成品的所述头部加热高至300℃至520℃的温度的步骤。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中将所述热轧半成品的所述头部冷却的步骤通过水射流进行。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在将所述热轧半成品的所述头部冷却的步骤期间，将整个热轧半成品冷却使得所述热轧半成品的随时间的温度在所述上边界与所述下边界之间。

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【专利技术属性】
技术研发人员：何塞·阿兰孔阿尔瓦雷斯，大卫·阿尔瓦雷斯迭斯，何塞·曼努埃尔·阿蒂梅斯恩西纳，弗朗西斯卡·加西亚卡瓦列罗，本杰明·波胡，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU