一种客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨，其特征在于化学成分按重量百分数计0.75

Rolling contact fatigue resistant rail for mixed passenger and freight railway and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨及其生产方法


[0001]本专利技术属于冶金
，具体涉及一种客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨及其生产方法。

技术介绍

[0002]随着我国铁路向着“客运高速化，货运重载化”方向快速发展，列车运行速度、载重量和运行密度增大，钢轨滚动接触疲劳伤损显著增加，特别是在客货混运的小半径曲线线路，在轮轨接触应力的反复作用下，钢轨很容易出现鱼鳞伤损、剥离掉块甚至核伤等滚动接触疲劳伤损，严重影响了钢轨使用寿命和行车安全。
[0003]轮轨接触过程中，钢轨受到巨大的接触应力作用，轨头材料内部会出现最大剪切应力分布，特别是在小曲线半径区域，最大剪切应力远超过钢轨材料的屈服强度极限，钢轨材料发生应力
‑
应变循环的棘齿形滞回效应，材料出现微量塑性变形并形成加工硬化，随着塑性变形的不断累积，材料加工硬化到一定程度，出现塑性耗竭，出现不可逆转的塑性流动，当材料的塑性流动超过变形极限，导致钢轨出现微裂纹，最终发展成为滚动接触疲劳伤损。
[0004]为减缓滚动接触疲劳伤损的产生和发展，行业内普遍采用在线热处理工艺来生产热处理钢轨，提高钢轨强度和硬度。专利CN 100471974C提供了一种具有优异的抗疲劳性能的贝氏体组织的钢轨及其生产方法，它的化学成分(wt％)，C：0.10～0.35％，Si：0.80～2.00％，Mn：0.80～3.30％，Cr：＜2.00％，Mo：0.05～0.80％，N：10～100ppm，复合加入Nb、Ti，Nb：0.005～0.10％，Ti：0.005～0.13％，并且Nb+Ti≤0.16％，其余为Fe和不可避免的杂质，钢轨热轧后在空气中自然冷却，使钢轨达到具有优异的抗疲劳性能，钢轨疲劳试验，200万次以上完好无损。
[0005]专利CN 102534403A公开了一种可以提高钢轨韧塑性的贝氏体热处理钢轨及其热处理方法。化学成分按重量百分比如下：C：0.10％
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0.40％，Si：0.80％
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2.00％，Mn：0.80％
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2.60％，Cr：0.1
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2.00％，Nb：0.005％
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0.100％，V：0.01％
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0.26％，Ti：0.001％
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0.070％，W：0.01
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0.70％，余量为Fe和不可避免的杂质。热处理方法采用在线热处理，钢轨轧制成形以后，当钢轨轨头温度冷至700
‑
890℃温度范围时，以0.4
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8℃/s的冷速对轨头实施加速冷，冷至200℃时停止加速冷却，然后空冷至室温；或采用离线热处理，进行全断面奥氏体化或轨头奥氏体化，奥氏体化温度在880
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930℃之间，冷至700
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890℃温度范围时，对钢轨实施加速冷却，冷速为0.4
‑
8℃/s，冷至200℃时停止加速冷却，然后空冷至室温。
[0006]专利CN 106086622A提供了一种客货混运铁路用钢轨的热处理生产方法，其生产方法包括对轧制后钢轨轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位依次进行加速冷却、缓慢冷却和空冷。加速冷却的开冷温度为650
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950℃，冷却速度为2.5
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7.0℃/s，终冷温度为400
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600℃，缓慢冷却的冷却速度为0.1
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1.5℃/s，终冷温度为180
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300℃。该方法能够在保证钢轨拉伸性能的前提下，将硬度控制在350
‑
380HB的适用于客货混运铁路的合适范围内。
[0007]专利CN101646795A提供了一种高硬度型珠光体钢轨及其制造方法，所述钢轨的化
学成分包括0.73
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0.85质量％的C、0.50
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0.75质量％的Si、0.30
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1.0质量％的Mn、0.035质量％以下的P、0.0005
‑
0.012质量％的S、0.2
‑
1.3质量％的Cr，其余为Fe和不可避免的杂质。钢轨终轧温度为850
‑
950℃，接着以1.2
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5℃/s的冷却速度，从珠光体相变开始温度以上的温度快速冷却至400
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650℃，得到钢轨轨头表层到至少25mm深度范围的维氏硬度在HV380
‑
HV480。
[0008]专利CN 1793403A提供了一种珠光体类热处理钢轨及其生产方法，其化学成分按重量百分比包括：C：0.70％～0.95％、Si：0.20％～1.10％、Mn：0.50％～1.50％、V：0.01％～0.20％、Cr：0.15％～1.20％、P：≤0.035％、S：≤0.035％和Al：≤0.005％。该方法包括以下步骤：1)冶炼，2)浇铸并轧制，3)从650～880℃以1～10℃/s的冷速冷却到400～500℃或将冷却到室温的钢轨钢，先加热到850～1100℃后，再自然冷却到650～880℃，以1～10℃/s的冷速冷却到400～500℃，停止冷却，4)自然放置，生产出来的钢轨具有良好的耐磨性。
[0009]专利CN 102220545A提供了一种耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及生产方法，高碳高强热处理钢轨化学成分按重量百分比包括：C：0.80％～1.20％、Si：0.20％～1.20％、Mn：0.20％～1.60％、Cr：0.15％～1.20％、V：0.01％～0.20％、Ti：0.002％～0.050％、P≤0.030％、S≤0.030％、Al≤0.010％、N≤0.0100％，其余为铁和不可避免的杂质。轧制后热态钢轨余温为680
‑
900℃，以1.5
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10℃/s的冷速将钢轨冷却到400
‑
500℃，再自然冷却至室温，钢轨抗拉强度≥1330MPa，延伸率≥9％，轨头硬度≥380HB，硬化层深度为25mm以上，组织为细珠光体，具有优良的耐磨性和塑性，能满足重载铁路的使用要求。
[0010]现有技术偏重于通过在线热处理工艺提高钢轨的抗拉强度和硬度，对于钢轨屈服强度的提升均未涉及，屈服强度是影响钢轨滚动接触疲劳微裂纹萌生的重要因素，高屈强比对于提高钢轨使用性能，降低滚动接触疲劳伤损具有重要意义；同时随着钢轨强度的提高，其韧塑性会下降，特别是轨腰部位的冲击性能较差，在使用过程中发生断裂的风险增加。因此，亟需开发一种轨头屈强比高和轨腰冲击韧性好的耐滚动接触疲劳钢轨。

技术实现思路

[0011]本专利技术针对目前客货混运线路钢轨容易出现滚动接触疲劳伤损问题，提供一种耐滚动接触疲劳高强韧性钢轨及其生产方法，通过合理设置化学成分以及冶炼、轧制和热处理工艺，实现钢轨轨头屈强比和轨腰冲击韧性的良好匹配，从而提高钢轨的综合使用性能和使用寿命，满足铁路发展需求。
[0012本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨，其特征在于化学成分按重量百分数计0.75
‑
0.88％的C、0.10
‑
0.60％的Si、0.75
‑
1.30％的Mn、0.20
‑
0.55％的Ni、0.10
‑
0.20％的V、0.03
‑
0.06％的Nb、≤0.025％的P、≤0.025％的S，其余为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨，其特征在于化学成分按重量百分数计0.76
‑
0.86％的C、0.20
‑
0.60％的Si、0.90
‑
1.10％的Mn、0.35
‑
0.55％的Ni、0.12
‑
0.20％的V、0.04
‑
0.06％的Nb、≤0.025％的P、≤0.025％的S，其余为Fe和不可避免的杂质。3.权利要求1所述客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨的生产方法，其特征在于包括以下工序：铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制、加速冷却、矫直；其中，铁水脱硫采用喷镁粉脱硫工艺；转炉冶炼采用顶底复吹工艺，并控制出钢温度在1660～1680℃；LF炉外精炼的炉渣碱度控制在1.8
‑
2.5；RH采用深真空度处理，底吹氩气压力0.40～0.55MPa，软吹时间为8～12min；连铸过程采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度在60～70mm，铸坯拉速控制在0.4～0.6m/min；采用步进梁加热炉进行铸坯加热，加热温度1200
‑
1250℃，保温时间170
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210min；开轧温度为1080

【专利技术属性】
技术研发人员：费俊杰，周剑华，刘芳鸣，朱敏，何文骥，欧阳珉路，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：