制造头部硬化的过共析钢轨的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造头部硬化的过共析钢轨的方法，其包括对钢轨进行头部硬化，该钢轨具有的组合物按重量计包括0.86-1.00%的碳、0.40-0.75%的锰、0.40-1.00%的硅、0.05-0.15%的钒、0.015-0.030%的钛以及足够的与钛反应以形成氮化钛的氮，所述头部硬化在一冷却速率下进行，如果绘制在xy坐标曲线图中，其中x轴代表用秒表示的冷却时间，y轴代表用摄氏度表示的钢轨的头部的表面温度，那么该冷却速率保持在由连接xy坐标（0s，775°C）、（20s，670°C）和（110s，550°C）的上线限定的冷却速率上边界图线与由连接xy坐标（0s，750°C）、（20s，610°C）和（110s，500°C）的下线限定的冷却速率下边界图线之间的区域内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。本专利技术还涉及头部硬化的过共析钢轨。
技术介绍
美国鉄路，尤其是I级铁路(BN、UP、CSX、NS、CP和CN)在铁路轨道的头部要求 较高的硬度水平和较深的硬度，以提高轨道的使用寿命(较高的硬度提供较佳的耐磨性)。美国铁路工程和保养协会(American Railway Engineering and Maintenance-of-ffayAssociation,AREMA)是北美地区用于发布轨道规格的认证组织之一。基于最低特性，存在三种类型的AREMA轨道钢标准强度，中间强度，和高強度。下表中列出了对于每种类型的钢而言的最低特性特性标准中间高规定的强度强度强度 硬度，BrinelIHB ( HRC ) 310 (30.5 ) 325 ( 32.5 ) 370 ( 38.3 ) 屈服强度，ksi7480120拉伸强度，ksi142.5147171拉伸率(in2”) ’ %10810仅仅在轨道头部中规定硬度。根据AREMA Part2, Manufacture of Rail (2007)中列出的AREMA标准来测试本文在此处报告和测量的上述特性。为了满足AREMA标准的高強度，轨道必须具有完全珠光体微结构，而基本上不允许有未回火的马氏体。通常，对于高强度轨道钢而言，拉伸率应当为10%或更高，但是较少数量(例如大约百分之五)的轨道的拉伸率可以小于10%但是不低于9%。最困难的生产等级是高强度等级。一些轨道生产者通过在轧制之后直接在线进行轨道的加速冷却来试图获得高強度钢所需的特性。其它的制造者将轨道从环境温度重新加热，然后进行加速冷却(离线处理)。冷却轨道的过程被称为头部硬化。在美国，当前实施的冷却处理使用喷水来冷却轨道或者使用高容量空气歧管。在所有头部硬化处理中，轨道以适度的冷却速率进行冷却，以形成细小珠光体微结构并且避免形成AREMA不允许的未回火的马氏体。除了加速冷却以形成细小珠光体层间间距之外，还已知的是向轨道钢添加合金元素以增加硬度。在美国，在过去十年传统上已知的是，使用按重量计包含O. 80-0. 84%C、O. 80-1. 1%Μη、0· 20-0. 40%Si 和 O. 20-0. 25%Cr 的高强度头部硬化钢。按重量计 O. 80-0. 84%的高碳水平提供珠光体微结构，在这个碳水平，钢处于铁-碳ニ元相图的共析点处或者稍稍在该共析点上方。碳是必要的，原因是所形成的珠光体微结构按重量计包含大约12%碳化铁(渗碳体)，该碳化铁为嵌在铁素体薄片旁边的薄片的形式(形成层状形态)。渗碳体薄片提供硬度和耐磨性。长期以来已知的是，进ー步增加碳可以提供硬度増大的珠光体，原因是硬渗碳体相的体积分数増大了。然而，当钢的碳水平高于共析点时，渗碳体可以形成在原奥氏体晶界上。这种形式的渗碳体被称为先共析渗碳体，并且这种钢称为过共析钢。如果在原奥氏体晶界上形成连续的先共析渗碳体网络，那么在过共析钢中可能出现降低的延展性，使得钢易碎并且不能被接受为铁路轨道。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面提供ー种，其特征是使 钢轨头部硬化，该钢轨具有的组合物按重量计包含至少O. 86-1. 00%碳、O. 40-0. 75%锰、O. 40-1. 00%硅、O. 05-0. 15%钒、O. 015-0. 030%钛和足够的氮，该氮与钛反应，以形成氮化钛。头部硬化在一冷却速率下进行，如果绘制在xy坐标曲线图中，其中X轴代表用秒表示的冷却时间，y轴代表用摄氏度表示的钢轨的头部的表面温度，那么该冷却速率保持在由连接xy坐标(0s，775° C)、(20s，670° C)和(110s，550° C)的上线限定的冷却速率上边界图线与由连接xy坐标(0s，750° C)、(20s，610° C)和(110s，500° C)的下线限定的冷却速率下边界图线之间的区域内。根据本专利技术第二个方面，提供ー种。该方法的特征是使钢轨头部硬化，该钢轨具有的组合物按重量计包含至少O. 86-1. 00%碳、O. 40-0. 75% 锰、O. 40-1. 00% 硅、O. 05-0. 15% 钒、O. 015-0. 030% 钛和足够的氮，该氮与钛反应，以形成氮化钛。头部硬化在一冷却速率下进行，如果绘制在xy坐标曲线图中，其中X轴代表用秒表示的冷却时间，y轴代表用摄氏度表示的钢轨的头部的表面温度，那么该冷却速率保持在由连接xy坐标(0s，775° C)、(20s，670° C)和(110s，550° C)的上线限定的冷却速率上边界图线与由连接xy坐标(0s，750° C)、(20s，610° C)和(110s，500° C)的下线限定的冷却速率下边界图线之间的区域内。如果绘制在曲线图中，则该冷却速率从O秒到20秒的平均值在5-10° C/s的范围内，并且如果绘制在曲线图中，则该冷却速率从20秒到Iio秒大于相比较的空冷速率。本专利技术的第三个方面提供ー种。根据这个方面，在大约1600° C至大约1650° C的温度下，通过顺序添加猛、娃、碳、招,然后以任何顺序添加钛和钒或者组合添加钛和钒，而形成钢轨组合物，以形成按重量计包含至少O.86-1. 00% 碳、O. 40-0. 75% 锰、O. 40-1. 00% 硅、O. 05-0. 15% 钒、O. 015-0. 030% 钛和足够的与钛反应以形成氮化钛的氮的钢轨组合物。然后，在一冷却速率下对钢轨头部硬化，如果绘制在xy坐标曲线图中，其中X轴代表用秒表示的冷却时间，y轴代表用摄氏度表示的钢轨的头部的表面温度，那么该冷却速率保持在由连接xy坐标(0s，775° C)、(20s，670° C)和(110s，550° C)的上线限定的冷却速率上边界图线与由连接xy坐标(Os，750° C)、(20s，610° C)和(110s，500° C)的下线限定的冷却速率下边界图线之间的区域内。在阅读示例性实施例的以下详细描述并且參考附图的情况下，本专利技术的其它方面，包括构成本专利技术的设备、系统、制品、组合物、方法等，将会变得更加明显。附图说明附图结合在说明书中并且构成说明书的一部分。附图与上述总体说明以及以下给出的示例性实施例和方法的详细说明一起，用来解释本专利技术的原理。在附图中图I为xy坐标曲线图，其中X轴代表用秒表示的冷却时间，y轴代表用摄氏度表示的钢轨表面的温度，其中温度上限通过在20秒时间段范围内从775° C冷却到670° C(为5.3° C/s)以及在接下来的90秒时间段范围内从670° C冷却到550° C (为I. 3° C/s)而限定，温度下限通过在20秒时间段范围内从750° C冷却到610° C (为7.0° C/s)以及在90秒时间段范围内从610° C冷却到500° C (为I. 2° C/s)而限定。 图2为示出了沿着轨道头部的竖直中心线的硬度分布比较的图线。每个数据点代表从顶部表面开始每1/8”(英寸)增量处的硬度测量值。水平虚线表示38. 3HRC (370HB)的AREMA最低硬度。图3为头部硬化机的示意图，示出了根据本专利技术实施例的独立冷却部分和高温计的位置。图4为代表穿过图3的头部硬化机的轨道的高温计读数的图线。本图示出了机器的四个部分。可以看到，在大约650° C处冷却速率由于奥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：布鲁斯·L·布拉姆菲特，弗莱德·B·弗莱彻，小约翰·A·戴维斯，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔研究与发展有限责任公司，
类型：
国别省市：