一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料制造技术

本发明专利技术公开了一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料，其特征在于，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.90～1.00％；Si 0.50～0.60％；Mn 0.90～1.00％；P≤0.025％；S≤0.025％；Ni 0.15～0.50％；Cr 0.15～0.30％；稀土Ce 15～20ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。还公布了其生产方法。本发明专利技术获得的过共析珠光体钢轨热处理后力学性能可满足抗拉强度Rm≥1330MPa，延伸率A≥10％，踏面硬度400～430HB，金相组织为珠光体。金相组织为珠光体。金相组织为珠光体。

【技术实现步骤摘要】
一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料


[0001]本专利技术涉及冶金材料领域，尤其涉及一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料。

技术介绍

[0002]目前，我国铁路的快速发展，线路运量逐年增加，重载铁路用钢轨的服役条件越来越苛刻，根据我国大秦铁路线钢轨服役效果来看，如何延长钢轨使用寿命、提高钢轨耐磨性、保证运输安全，是急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料及其生产方法，采用提高碳含量至过共析成分范围，添加合金元素Cr、Ni、稀土Ce，并通过轧后在线热处理工艺，获得片层间距更加细小的珠光体组织，珠光体中的渗碳体相的密度更高。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.90～1.00％；Si 0.50～0.60％；Mn 0.90～1.00％；P≤0.025％；S≤0.025％；Ni 0.15～0.50％；Cr 0.15～0.30％；稀土Ce 15～20ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0006]进一步的，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.94％；Si 0.53％；Mn 0.94％；P 0.015％；S 0.005％；Ni 0.20％；Cr 0.23％；稀土Ce 18ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。r/>[0007]进一步的，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.92％；Si 0.55％；Mn 0.94％；P 0.015％；S 0.005％；Ni 0.21％；Cr 0.21％；稀土Ce 17ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0008]一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料的生产方法，钢轨终轧结束后直接进入在线热处理生产线进行加速冷却，冷却方式为喷风冷却，钢轨入淬火线温度为730～780℃，冷却1段、2段轨头冷却速度控制在6～7℃/s，钢轨经冷却1段和冷却2段快速冷却后，轨头温度达到580～630℃，随后钢轨在冷却3段、冷却4段继续快速冷却，冷却速度降低，轨头冷却速度控制在2～3℃/s，冷却3段和冷却4段结束后钢轨出在线热处理机组，此时轨头温度控制在540～560℃，钢轨出淬火线自然冷却至室温。
[0009]进一步的，所生产的钢轨的最终力学性能为：抗拉强度Rm≥1330MPa，延伸率A≥10％，踏面硬度400～430HB，金相组织为珠光体。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：
[0011]钢轨生产工艺为转炉冶炼、LF精炼、真空脱气、连铸、钢坯加热、轧制等工艺，但本
专利对上述工序没有特别限定，以上工序按照正常钢轨生产工艺制度进行，钢轨成分按照特定范围进行冶炼，钢轨轧制后按照合理的在线热处理工艺制度进行热处理，过共析珠光体钢轨热处理后力学性能可满足抗拉强度Rm≥1330MPa，延伸率A≥10％，踏面硬度400～430HB，金相组织为珠光体。
附图说明
[0012]下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。
[0013]图1为过共析钢轨和共析钢轨磨耗对比图。
具体实施方式
[0014]下面结合具体实施例子对本专利技术作进一步的详细说明，以便于更加清楚地了解本专利技术。
[0015]一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料，钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.90～1.00％；Si 0.50～0.60％；Mn 0.90～1.00％；P≤0.025％；S≤0.025％；Ni 0.15～0.50％；Cr 0.15～0.30％；稀土Ce 15～20ppm，其余为Fe及不可避免的杂质，针对此成分范围进行4组生产实验，实验结果见表1。钢轨其余生产工艺按照常规生产方法进行，在线热处理工艺采用本专利制定的热处理工艺制度。
[0016]实施例1钢轨成分未添加Ni和稀土Ce，实施例2钢轨成分添加Ni，未添加稀土Ce，实施例3钢轨成分添加Ni和稀土Ce，实施例4钢轨成分碳含量未达到过共析成分范围要求，添加Ni和稀土Ce。
[0017]表1在线热处理实验钢轨化学成分及性能结果
[0018][0019]表2钢轨夹杂物检验结果(级)
[0020][0021][0022]对比实施例1、2、3、4性能结果，实施例3按照本本专利成分范围和热处理工艺进行生产，钢轨性能满足技术要求，钢轨随着C含量增加，强度明显提高，实施例1、2、3钢轨碳含量达到过共析成分范围，钢轨强度和硬度均能达到1330MPa和400HB以上，并且实施例3通过添加Ni和稀土Ce能有效的细化原始奥氏体晶粒尺寸，保证强度提升的同时韧性不降低，延伸率可保证10以上，同时添加稀土元素有效的降低夹杂物等级，实施例3和实施例4的夹杂物0.5和1级比率明显提升。
[0023]进行3组不同在线热处理工艺实验，分别为实施例5、实施例6和实施例7，钢轨成分采用此专利制定的成分范围，比较分析不同热处理工艺对钢轨性能的影响。
[0024]实施例5，钢轨终轧结束后直接进入在线热处理生产线进行加速冷却，冷却方式为喷风冷却，钢轨入淬火线温度为756℃，冷却1段、2段轨头冷却速度控制在5.5℃/s，钢轨经冷却1段和冷却2段快速冷却后，轨头温度达到650℃，随后钢轨在冷却3段、冷却4段继续快速冷却，冷却速度降低，轨头冷却速度控制在1.8℃/s，冷却3段和冷却4段结束后钢轨出在线热处理机组，此时轨头温度控制在580℃，钢轨出淬火线自然冷却至室温。检验钢轨最终力学性能，抗拉强度Rm≥1264MPa，延伸率A≥10％，踏面硬度381HB，金相组织为珠光体和网状碳化物。
[0025]实施例6，钢轨终轧结束后直接进入在线热处理生产线进行加速冷却，冷却方式为喷风冷却，钢轨入淬火线温度为742℃，冷却1段、2段轨头冷却速度控制在8℃/s，钢轨经冷却1段和冷却2段快速冷却后，轨头温度达到560℃，随后钢轨在冷却3段、冷却4段继续快速冷却，冷却速度降低，轨头冷却速度控制在3.3℃/s，冷却3段和冷却4段结束后钢轨出在线热处理机组，此时轨头温度控制在450℃，钢轨出淬火线自然冷却至室温。检验钢轨最终力学性能，抗拉强度Rm≥1458MPa，延伸率A≥6％，踏面硬度450HB，金相组织为贝氏体和马氏体。
[0026]实施例7，钢轨终轧结束后直接进入在线热处理生产线进行加速冷却，冷却方式为喷风冷却，钢轨入淬火线温度为752℃，冷却1段、2段轨头冷却速度控制在6.5℃/s，钢轨经冷却1段和冷却2段快速冷却后，轨头温度达到584℃，随后钢轨在冷却3段、冷却4段继续快速冷却，冷却速度降低，轨头冷却速度控制在2～3℃/s，冷却3段和冷却4段结束后钢轨出在线热处理机组，此时轨头温度控制在543℃，钢轨出淬火线自然冷却至室温。检验钢轨最终力学性能，抗拉强度Rm≥1365MPa，延伸率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料，其特征在于，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.90～1.00％；Si 0.50～0.60％；Mn 0.90～1.00％；P≤0.025％；S≤0.025％；Ni 0.15～0.50％；Cr 0.15～0.30％；稀土Ce 15～20ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料，其特征在于，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.94％；Si 0.53％；Mn 0.94％；P 0.015％；S 0.005％；Ni 0.20％；Cr 0.23％；稀土Ce 18ppm，其余为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的添加稀土和镍元素的超高耐磨性过共析型珠光体钢轨材料，其特征在于，所述钢轨材料以质量百分计其化学成分包括：C 0.92％；Si 0.55％；Mn 0.94％；P 0.015％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵桂英，梁正伟，涛雅，王永明，王嘉伟，郝振宇，达木仁扎布，薛虎东，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：