%;V 0· 05%?0· 30%，Ni 0· 10%?0· 35%，且 0· 15%彡 V%+Ni%彡 0· 40%; Mo < 0. 03% ;P < 0. 020% ;S < 0. 015% ;余量为铁和不可避免的夹杂物；其金相组织为细 珠光体组织+A，其中，A为先共析铁素体或先共析渗碳体（也叫二次渗碳体），且A < 2%。
[0028] 先共析铁素体：本意是低于共析成分的奥氏体，从高温慢冷下来之际，在发生共析 相变（共析转变）之前析出的铁素体。
[0029] 先共析渗碳体：也叫二次渗碳体，从奥氏体A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。二 次渗碳体在降温时因含碳量变化从奥氏体中而沿晶界析出的，多在过共析钢中出现，一般 都是呈网状，由于对性能的影响不利，常可通过正火来打断二次渗碳体网，以改善性能。
[0030] 优选的，根据强化需要，可以添加0. 05% -0. 30%钛和0. 005% -0. 10% Nb。以下 为各种元素的设计说明及控制范围。
[0031] C为提高钢轨耐磨耗性能的有效元素，但是，若碳含量过高，则容易造成大量的先 共析渗碳体（也叫二次渗碳体）；若碳含量过低，则容易析出大量的先共析铁素体，均会对 钢轨的接触疲劳性能造成不良影响。因此，本发明中，为便于将先共析铁素体和先共析渗碳 体控制在2. 0 %以内，将碳含量控制在0. 76 %?0. 86 %范围内。
[0032] Si是固溶强化的主要元素，可提高钢轨的强度和耐磨耗性能。同时，在共析钢轨 钢种，Si是促进铁素体析出元素，具有抑制渗碳体析出的作用。但是，当Si含量过高时，将 降低钢轨的塑性和韧性，从而降低钢轨抗接触疲劳性能。因此，本发明中将Si含量控制在 0· 60%?1. 00%〇
[0033] Mn元素和Cr元素为强淬透性合金元素，在两种元素同时添加时效果最好，同时Mn 和Cr元素是提高钢轨耐磨性的主要元素。但是，过高的Mn含量和Cr含量，将会使钢轨生 产有害的贝氏体和马氏体组织，需要严格控制锰元素和铬元素的添加总量。因此，在本发 明为保证钢轨的组织为珠光体组织，将Mn含量控制在0. 70%?1. 50%，将Cr含量控制在 0· 10%?0· 50%，同时 0· 80%彡 Mn% +Cr%彡 L 60%。
[0034] Mo元素是强烈的提高淬透性元素，尤其是与Mn和Cr综合使用时，微量的Mo将 会在钢轨轨腰造成贝氏体和马氏体的混合组织，对钢轨轨腰的性能及其不利。如专利 CN86106894A所描述的Mn、Cr和Mo合金体系下，轨腰就出现了典型的贝氏体组织。在本发 明中，主要采用微合金Mn元素和Cr元素来保证其淬透性，因此本发明中将Mo含量控制在 0. 03%以下。
[0035] V元素和Ni元素均是提高钢轨强韧性的元素，而不降低钢轨的塑形，但是，超过一 定量的V元素和Ni元素，其提高韧性将不显著，反而会起到相反的作用，同时造成生产成 本显著增加。因此，本发明中，将V含量控制在0.05%?0. 30%，将Ni控制在0. 10%? 0· 35%，同时 0· 15%彡 V% +Ni%彡 0· 40%。
[0036] P、S均为钢中无法全部清除的元素，P在钢轨组织中在晶界偏聚，对钢轨的韧性及 其有害，S在钢中主要生成MnS夹杂，对钢轨的接触疲劳性能有害。因此本发明中，根据企 业的实际生产控制能力，将P元素控制到0. 020%以下，将S元素控制在0. 015%以下。
[0037] 另外，为了提高钢轨钢的强度和耐磨耗性，防止焊接热影响区软化，提高焊接接头 的强度和硬度，可以添加细化晶粒的Ti、Nb元素，但是过高的Ti和Nb将是钢轨在高温析出 TiC、NbC等第二相，在以上第二相析出过程中，由于实际降低钢轨中溶解的碳含量，减少钢 轨珠光体组织中的渗碳体片层含量，这样反而会降低钢的强度和硬度。因此，本发明中仅可 添加微量的Ti和Nb，其Ti含量控制0. 05 %?0. 30%，Nb含量控制在0. 005 %?0. 10%。
[0038] 所得钢轨抗拉强度为1260MPa?1420MPa，测试位置见附图1 ;轨头踏面硬度为 390HB?432HB，测试位置见附图2 ;轨头表面下IOmm硬度为380HB?420HB，测试位置将附 图2 ;轨头表面下24mm硬度为370HB?401HB，测试位置见如图2。
[0039] 本发明还提供了上述高强度耐疲劳性能优良钢轨的生产方法，包括：转炉冶 炼-LF炉精炼-RH真空处理-连铸-轧制-冷却-矫直-检测-表面检查工序，其中，控制 轧制工序中终轧温度为930°C?1000°C;控制冷却工序中，初冷温度为780°C?880°C，终冷 温度为300°C?400°C，冷却速度为4. (TC?10.0°C /秒。
[0040] 钢轨采用在线热处理的方式生产，钢轨通常的终轧温度为930°C?1000°C，为抑 制钢轨中的先共析铁素体或先共析渗碳体析出，需要在高温阶段对其进行强制冷却（包括 采用风冷、水雾冷却和水冷中的一种或多种组合），其开始冷却温度控制在780°C?880°C 之间。而且，由于开始冷却温度较高，需要采用较大的冷却效率才能使钢轨轨头心部淬透， 通常将冷却速度控制在4. 0°C /s?10. (TC /s，一直将钢轨轨头表面中心点的温度冷却到 300°C?400°C为止，最终在提高钢轨轨头表面硬度达到390HB的同时，也使距离钢轨轨头 表面24mm深层硬度达到370HB以上。
[0041] 实施例
[0042] 生产工序包括：钢轨钢经过转炉冶炼--LF炉精炼和钢水增温--RH成分控制 和均匀化一一六流保护大方坯连铸一一大方坯加热一一7机架万能轧制一一带端头进入热 处理机组进行强制冷却一一终冷到300 °C?400 °C离开热处理机组一一步进式冷床一一平、 立复合矫直一一无损探伤、断面尺寸、平直度检测一一联合锯钻、定尺一一表面检查一一入 库。
[0043] 轧件从UF终轧出来时的温度在930°C?1000°C之间，为保证开冷温度在780°C? 880°C之间，需要提高辊道运行速度，取消相关停顿工序，保障轧件以满足要求的温度进入 进入热处理机组。根据钢轨熔炼成分及温度控制钢轨的冷却速度，调整范围为：4. (TC /s? 10. 0°C /s 之间。
[0044] 下面结合以上的实施方式来介绍实施例，钢轨钢经过冶炼中的化学成分如表1所 示；工艺条件控制见表2 ;成品性能结果及金相组织见表3。本发明实施例中，抗拉强度、延 伸率、踏面硬度等性能分别按照GB/T228. 1 "金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法"、 GB/T230. 1 "金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法"、GB/T231. 1 "金属布氏硬度试验第1 部分：试验方法"进行测试。
[0045] 表1实施例1-7的熔炼成分
【主权项】
1. 一种高强度耐疲劳性能优良的钢轨，其特征在于，其化学成分以重量计包括：c 0· 76 % ?0· 86 % ;Si 0· 60 % ?I. OO % ;Mn 0· 70 % ?L 50 %，Cr 0· 10 % ?0· 50 %，且 0· 80%彡 Mn% +Cr%彡 L 60% ;V 0· 05%?0· 30%，Ni 0· 10%?0· 35%，且 0· 15%彡 V% +Ni %彡0. 40% ;Mo彡0. 03% ;P彡0. 020% ;S彡0. 015% ;余量为铁和不可避免的夹杂物； 所述钢轨金相组织为细珠光体+A，其中，A为先共析铁素体或先共析渗碳体，且A < 2 %。
2. 根据权利要求1所述的高强度耐疲劳性能优良的钢轨，其特征在于，所述钢轨化学 成分还包括：〇· 05% -0· 30% Ti 和 0· 005% -0· 10% Nb。
3. 根据权利要求1或2所述的高强度耐疲劳性能优良的钢轨，其特征在于，A < 1%。
4. 根据权利要求1或2所述的高强度耐疲劳性能优良的钢轨，其特征在于，所述钢轨的 抗拉强度为1260MPa?1420MPa，轨头踏面硬度为390HB?432HB，轨头表面下IOmm硬度为 380HB?420HB，轨头表面下24mm硬度为370HB?401HB。
5. 根据权利要求3所述的高强度耐疲劳性能优良的钢轨，其特征在于，所述钢轨的抗 拉强度为1260MPa?1420MPa，轨头踏面硬度为390HB?432HB，轨头表面下IOmm硬度为 380HB?420HB，轨头表面下24mm硬度为370HB?401HB。
6. 权利要求1?5任一项所述的高强度耐疲劳性能优良的钢轨的生产方法，包括以下 工序：转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-连铸-轧制-冷却-矫直，其特征在于，乳制工序 中控制终轧温度为930°C?1000°C;冷却工序中，控制初始冷却温度在780°C?880°C，终冷 温度在300°C?400°C，冷却速度为4. (TC?10. 0°C /秒。
7. 根据权利要求6所述的高强度耐疲劳性能优良的钢轨的生产方法，其特征在于，所 述冷却方式为风冷、水雾冷却和水冷中的至少一种。
【专利摘要】本发明涉及一种高强度和耐接触疲劳性能优良的钢轨及其生产方法，属于黑色钢材制造技术领域。本发明提供一种高强度耐疲劳性能优良的钢轨，其化学成分以重量计包括：C0.76％～0.86％；Si0.6％～1％；Mn0.7％～1.5％，Cr？0.1％～0.5％，且0.8％≤Mn％+Cr％≤1.6％；V0.05％～0.3％，Ni0.1％～0.35％，且0.15％≤V％+Ni％≤0.4％；Mo≤0.03％；P≤0.02％；S≤0.015％；余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢轨金相组织为细珠光体+A，其中，A为先共析铁素体或先共析渗碳体，且A≤2％。所得钢轨的抗拉强度为1260MPa～1420MPa。
【IPC分类】C22C38-50, C22C38-46, C21D8-00
【公开号】CN104561816
【申请号】CN201510006016
【发明人】邓勇, 郭华, 邹明, 贾济海, 王春建, 韩振宇, 袁俊
【申请人】攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月7日