一种重载铁路用钢轨及其生产方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重载铁路用钢轨及其生产方法和应用。
【背景技术】
[0002] 我国铁路主要由高速客运铁路、客货混运铁路、专用混运通道组成，其中货运通道 占有量最低。但是由于其独特的运输优势，如大轴重、运输专一等，使其运输效率和经济效 益居于领先优势。如我国的大秦铁路、溯黄铁路，其年运量分别达到了 4. 4亿吨和2. 3亿 吨。近些年京包铁路也在逐渐向专业货运通道转变，而新建的晋中南铁路则是专用30吨轴 重的货运通道及试验线。
[0003] 专用货运通道通常特点是轴重大、速度低、行车密度大，要求钢轨具有高强度、高 硬度和高耐磨耗性能。但是货运通道与高速客运铁路相比，其山区路段较多，弯道较多。在 这些弯道路段中，对重载钢轨早期的耐疲劳性能要求更高。在弯曲路段中轮轨接触区间少， 如果钢轨的强度高、磨耗性能好，反而容易产生接触疲劳伤损。
[0004] 在近些年中，国内外相关钢轨生产企业针对高强钢轨在我国申请了相关的专利技 术，主要是从钢轨的成分设计方面进行提高钢轨的强度、硬度和耐磨耗性能，而对钢轨早期 使用性能涉及很少，相关专利大致如下。
[0005] (1)国内包头钢铁公司于2013年申请"一种高强度热处理钢轨专用钢材"专利 (申请公布号CN103014486A)，该专利涉及一种高强度热处理钢轨专用钢材，其特征在于， 其化学成分按重量百分比包括：C:0? 70-0. 82%、Si:0? 13-0. 60%、Mn:0? 65-1. 25%、P、S: < 0.025%、和A1 0.007%，其余为铁及不可避免的杂质。
[0006] (2)新日本制铁株式会社公司于2012年申请"延展性优良的珠光体系高碳钢钢轨 及其制造方法"（申请公布号CN102803536A)，本发明涉及一种延展性优良的珠光体系高碳 钢钢轨，其以质量％计，含有C:超过 0? 85% -1. 40%、Si:0? 10-2. 00%、Mn:0? 10-2. 00%、 Ti:0. 001-0. 01%、V:0. 005-0. 20%以及N< 0. 0040%，剩余部分包括铁和不可避免的杂 质；Ti和V的含量满足下式（1)的范围，而且钢轨头部为珠光体组织；5 < [V(质量％ )]/ [Ti(质量％ )]彡 20 式（1)。
[0007] (3)克里斯英国有限公司于2011年申请"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"专利（申请公布号CN101946019A)，所述钢由以下组成：0. 88-0. 95% 碳，0? 75-0. 92 % 硅，0? 80-0. 95 % 锰，0? 05-0. 14 % 钒，至多 0? 008 % 氮，至多 0? 030 % 磷， 0. 008-0. 030%硫，至多2. 5ppm氢，至多0. 10%铬，至多0. 010%铝，至多20ppm氧，余量为 铁和不可避免的杂质。该专利钢轨在水润滑条件下具有超过130000循环的RCF抵抗性。
[0008] (4)日本钢管株式会社于1986年申请"能够防止失稳断裂扩展的耐磨钢轨"（专 利公开号CN86106894A)，该专利设计钢轨成分为碳0. 50-0. 85% (重量百分比，以下仅用％ 表示），含硅0. 10-1. 0 %，含锰0. 50-1. 50 %，含磷小于0. 035 %，含硫小于0. 035 %，含铝 小于0. 050%，余量为铁和不可避免的杂质。轨腰组织为高韧性回火贝氏体组织或贝氏 体和马氏体的混合组织。钢轨还可以含有如下一种或几种元素：含铬〇. 05-1. 50%，含钼 0? 05-0. 20 %，含钒 0? 03-0. 10 %，含镍 0? 10-1. 00 %和含铌 0? 005-0. 050 %。
[0009] 然而，上述钢轨均只关注了少数几个方面，而没有同时兼顾强度、耐磨性和耐接触 疲劳性能，尤其是对于钢轨早期的耐接触疲劳性能更没有给予特别的关注。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是克服现有的货运铁路在使用早期容易出现接触疲劳劳损的现状， 提供一种重载铁路用钢轨及其生产方法，该重载铁路用钢轨具有高强度、高耐磨性和高抗 接触疲劳性能，尤其在使用前期具有优异的耐磨性能和抗接触疲劳性能。
[0011] 本发明提供了一种重载铁路用钢轨，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组 织构成，所述轨距角的厚度为3-5mm，硬度为350-390HB，延伸率为13-16 %。
[0012] 本发明还提供了生产本发明的重载铁路用钢轨的方法，该方法包括：将终乳后的 钢轨进行快速冷却，然后对轨距角部位进行快速加热和保温；快速冷却的条件包括：开冷 温度为800-880°C，冷却速度为4-10°C/s，终冷温度为380-440°C;快速加热和保温的条件 包括：以3. 0-4. 0°C/s的升温速度将轨距角温度升高至710-8KTC并保温3-5min。
[0013] 本发明另外提供了本发明生产重载铁路用钢轨的方法生产得到的重载铁路用钢 轨。
[0014] 本发明另外提供了本发明的重载铁路用钢轨在30吨及以上的大轴重重载铁路中 的应用。
[0015] 本发明的发明人发现球状珠光体组织由于其较好的塑形性能和稍低的耐磨耗性 能非常适合用作轨距角的金相组织，这样的轨距角由于具有更好的塑形性能，能被快速磨 掉，形成良好的轮轨接触关系，使钢轨在使用前期具有良好的耐磨耗性能和抗接触疲劳性 能。本发明的发明人进一步研究发现，为了得到球状珠光体组织的轨距角，可以在钢轨的生 产后期进行特殊的热处理，例如先快速冷却，然后对轨距角部位进行快速加热和保温，能够 使轨距角处生成球状珠光体组织。本发明的方法得到的钢轨兼具优异的强度、耐磨性和抗 接触疲劳性能，特别适用于30吨及以上的大轴重重载铁路。
[0016] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0017] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0018] 图1是本发明提供的重载铁路用钢轨的轨距角的区域示意图。
[0019]图2是根据本发明实施例1的重载铁路用钢轨的轨距角的球状珠光体组织的扫描 电镜图。
[0020] 图3是本发明提供的重载铁路用钢轨的轨头基体的硬度测试的测试点示意图。
[0021] 图4是本发明提供的重载铁路用钢轨的轨距角的硬度测试的测试点示意图。
[0022] 图5是本发明提供的重载铁路用钢轨的快速加热过程的加热区域示意图。
[0023] 附图标记说明
[0024] 1 轨距角的区域 A1轨头基体硬度的测试位置
[0025] B1轨距角硬度的测试位置 C1轨距角硬度的测试位置
【具体实施方式】
[0026] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0027] 本发明提供了一种重载铁路用钢轨，该重载铁路用钢轨的轨距角由球状珠光体组 织构成，所述轨距角1的厚度为3-5mm，硬度为350-390HB，延伸率为13-16%，如图1所示。
[0028] 优选地，所述重载铁路用钢轨的轨距角1的厚度为3. 5-4. 7mm，硬度为355-375HB， 延伸率为13. 4-15. 3% ;优选地，所述重载铁路用钢轨的轨距角1的宽度为18-22mm。
[0029] 在本发明中，所述轨距角1的厚度的测定方法为金相腐蚀法，硬度的测定方法为 GB/T231. 1，延伸率的测定方法为GB/T228. 1。如图4所示，钢轨的轨距角1的硬度测试点 B1和C1的位置大致在轨距角1厚度的中间点。
[0030] 在本发明中，所述轨距角1的位置适用于本领域通用的轨距角的位置，所述轨距 角1的边界通过金相组织来界定，金相组织为球状珠光体组织的部分为本发明的轨距角的 具体位置，如图1中附图标记1所指的阴影部分所示。本发明中的轨头、轨腰等描述钢轨部 位的词均适用于本领域通用的定义。本发明中所述的轨头基体指的是轨头除了轨距角1之 外的部分。
[0031] 根据本发明的重载铁路用钢轨，所述重载铁路用钢轨的除轨距角1以外的其他部 位优选由片状珠光体组织构成。本发明的重载铁路用钢轨除轨距角1以外的其他部位的金 相组织允许在生产的过程中含有少量其他非金属杂质金组织，能够满足行业对钢轨性质的 基本要求即可，优选地，片状珠光体组织占除轨距角1以外的其他部位的金相组织的95% 以上，优选占99. 5%以上。
[0032] 根据本发明的重载铁路用钢轨，所