专利名称：一种珠光体合金钢及其应用和制备方法
技术领域：
本发明属于冶金领域，具体涉及一种高强耐磨的珠光体合金钢及其应用和制备方法。
背景技术：
护轨是道岔不可缺少的组成部分。其功能主要是覆盖辙叉“有害空间”，引导车轮进入相应的轮缘槽，从而确保铁路列车车轮运行方向、使车轮轮对横向游动被限制在基本轨和护轨的槽内，同时起到减少钢轨轨头的侧面磨耗与接触疲劳损伤，降低养护维修工作量，防止列车车轮脱轨事故发生的作用。我国TB/T3110-2005《33kg/m护轨用槽型钢》技术条件规定护轨用槽型钢采用淬火态U75V，其轨头工作面热处理后加热层深度不小于25mm，硬化层深度不小于24mm ;钢轨表层距轨顶面6mm深处的硬度范围为37 43HRC，距轨顶面24mm深处硬度不小于34HRC ；热处理硬化层显微组织为细片状珠光体，不允许有马氏体和贝氏体组织。可见护轨用钢必须具备高强度和高硬度。由于护轨为一非对称断面，现在市场上销售的槽型钢护轨在热处理过程中会产生明显的扭曲变形，因此需要额外的预弯曲及矫直处理，增加了生产的工艺流程及成本。另一方面，热轧33kg/m槽型钢在热处理过程中，顶面硬度也较难达到43HRC，一般只有32 36HRC左右，导致护轨不耐磨，使用寿命短。针对我国护轨生产使用中存在的问题，近年来已经发展出了使用空冷贝氏体钢制备护轨的技术。空冷贝氏体钢护轨耐磨性能良好，但由于空冷贝氏体钢含有Mo等合金并且需要回火等热处理，导致生产成本较高。为简化护轨生产工艺、降低生产成本并满足护轨的实际使用要求，研发热轧高强珠光体合金钢是最佳的途径。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种高强耐磨的热轧免热处理的珠光体合金钢及其应用和制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案一种珠光体合金钢，其组成为O. 70wt% 0. 90wt% 的 C，1. 0wt% 1. 6wt% 的 Mn,O. 6wt% 1. 2wt% 的 Si,O. 3wt% 1. 2wt% 的 Cr,0 0.7界七％的附，(T0.2wt9^3V，余量为Fe和不可避免的杂质。优选的，所述C的含量为O. 72wt% 0. 82wt%。
优选的，所述Mn的含量为1. 20wt%"l. 60wt%。优选的，所述Si的含量为O. 60wt% 0. 90wt%o优选的，所述Cr的含量为O. 30wt% 0. 70wt%。优选的，所述Ni的含量为O. 20wt% 0. 70wt%o优选的，所述V的含量为O. 04wt% 0. 12wt%。作为本发明的一种优选实施方式一种珠光体合金钢，其组成为O. 72wt% 0. 82wt% 的 C，1. 20wt% 1. 60wt% 的 Mn,O. 60wt% 0. 90wt% 的 Si，O. 30wt% O. 70wt% 的 Cr,O. 20wt% 0. 70wt% 的 Ni，0. 04wt% 0. 12wt% 的 V，
余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的另一个目的，在于提供所述珠光体合金钢在制备铁路道岔的护轨中的应用。本发明还有一个目的，在于提供了所述珠光体合金钢的制备方法，包括原料准备、冶炼成钢、浇铸成型；具体步骤如下a.将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量>0. 05wt% ；b.将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，然后将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，使钢水中的各种组分达到所要求；c.对钢水进行真空脱气处理；d.将真空脱气处理后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；或将真空脱气处理后的钢水直接通过模铸得到钢锭。e.对钢坯或钢锭进行去氢处理，处理后钢中的氢含量低于1. 5ppm。为了防止高强钢出现氢致裂纹等缺陷，上述制备方法还包括在成型的钢坯或钢锭进行去氢处理，使处理后钢中的氢含量低于1. 5ppm。本领域技术人员应当理解，本发明所述珠光体合金钢的制备方法，是本领域的常规手段。本发明所述珠光体合金钢具备的高强耐磨等优异性能，主要缘于其合理的配方。本发明所述珠光体合金钢中的Mn能够降低钢的共析转变温度，细化珠光体组织，并提高护轨用钢的强度。本发明提供的珠光体合金钢中Mn的含量为1. 00wt°n. 60wt%，优选为1. 20 1· 60wt%oSi固溶于铁素体中，能显著提高钢的弹性极限、屈服极限与强度极限之比(os/σ b)以及疲劳强度和强度极限之比(。Ν/ σ b)。另外，Si能提高钢的耐磨性能，耐磨性能是护轨使用寿命的主要影响因素。本发明珠光体合金钢中控制Si的含量为O. 60wt°r0. 90wt%oCr可与α -Fe形成置换式固溶体，起到固溶强化的作用。同时，Cr能使钢的C曲线明显右移，使相同冷速下获得的珠光体片间距更为细化，从而提高珠光体组织强度。本发明所述珠光体合金钢中Cr含量为O. 3wt°/Tl. 2wt%，优选为O. 30wt°/T0. 70wt%。V能通过影响奥氏体的再结晶而细化奥氏体晶粒，改善珠光体合金钢的强韧性配合，同时通过析出V (C · N) X质点起到析出强化的作用，可以增加钢的强度和硬度；Ni则能在不降低珠光体合金钢韧性的条件下有效提高其强度。本发明珠光体合金钢中V含量为0 0· 2wt%，优选为 O. 04 O. 12wt% ；Ni 含量为 0 0· 7wt%，优选为 O. 20 0· 70wt%。综上所述，本发明通过合理设计珠光体合金钢的配方，使所述珠光体合金钢强度高，在无需淬火的前提下强度就能达到IlOOMPa以上，硬度超过35HRC，无需热处理，热轧后就可用于加工制造护轨，既提高了硬度和耐磨性能又降低了护轨的生产成本。
具体实施例方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明，但是应当理解，这些实施例只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不能理解为对本发明请求保护的范围的限制。实施例1 一种珠光体合金钢坯或钢锭一种珠光体合金钢坯或钢锭，成分列于表1，通过如下步骤制备a.将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量>0. 05wt% ；b.将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，并将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，使各组分达到表I所示的要求；c.对钢水进行真空脱气处理；d.将真空脱气后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；或将真空脱气后的钢水直接通过模铸得到钢锭；e.对钢坯或钢锭进行去氢处理，处理后钢中的氢含量低于O. 5PPm,即得目标产 品O实施例2—种珠光体合金钢坯或钢锭一种珠光体合金钢锭，成分列于表1，通过与实施例1相同的步骤制备目标产品。实施例3 —种珠光体合金钢坯或钢锭一种珠光体合金钢锭，成分列于表1，通过与实施例1相同的步骤制备目标产品。实施例4 一种珠光体合金钢坯或钢锭—种珠光体合金钢锭，成分列于表1，通过与实施例1相同的步骤制备目标产品。实施例5 —种珠光体合金钢坯或钢锭一种珠光体合金钢锭，成分列于表1，通过与实施例1相同的步骤制备目标产品。实施例6 —种珠光体合金钢坯或钢锭—种珠光体合金钢锭，成分列于表1，通过与实施例1相同的步骤制备目标产品。对比例I 一种合金钢坯或钢锭一种合金钢，成分列于表1，通过炼钢、浇铸(连铸或模铸)、自然冷却，得到目标产
品O对比例2—种合金钢坯或钢锭一种合金钢，成分列于表1，通过炼钢、浇铸(连铸或模铸)、自然冷却，得到目标产
品O试验例将实施例1-6制备的珠光体合金钢坯或钢锭和对比例制备的合金钢进行硬度、拉伸和冲击性能的测试，结果见表2。
表I实施例1-6及对比例1-2制备的合金钢成分(wt%)
权利要求
1. 一种珠光体合金钢，其特征在于，其组成为0.7.t% 0.9wt% 的 C,.1.0wt% 1. 6wt% 的 Mn,.0.6wt% l. 2wt% 的 Si,.0. 3wt% 1. 2wt% 的 Cr,(TO. 7wt% 的 Ni,.0 0. 2wt% 的 V,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述C的含量为.0.72wt%^0. 82wt%0
3.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Mn的含量为.1.20wt% 1. 60wt%o
4.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Si的含量为 0. 60wt%^0. 90wt%o
5.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Cr的含量为 0. 30wt%^0. 70wt%o
6.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Ni的含量为 0. 20wt%^0. 70wt%o
7.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述V的含量为 0.04wt%^0. 12wt%0
8.根据权利要求2，4，5，6或7中任一所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Mn的含 量为 1. 20wt% l. 60wt%o
9.根据权利要求2，3，5，6或7中任一所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Si的含 量为 0. 60wt% 0. 90wt%o
10.根据权利要求2，3，4，6或7中任一所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Cr的含 量为 0. 30wt% 0. 70wt%o
11.根据权利要求2，3，4，5或7中任一所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述Ni的含 量为 0. 20wt% 0. 70wt%o
12.根据权利要求2，3，4，5或6中任一所述的珠光体合金钢，其特征在于，所述V的含 量为 0. 04wt% 0. 12wt%0
13.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，其组成为.0.72wt% 0.82wt% 的 C,1.20wt% l. 60wt% 的 Mn,.0.60wt% 0. 90wt% 的 Si,.0.30wt% 0. 70wt% 的 Cr,.0. 20wt% 0. 70wt% 的 Ni,.0.04wt% 0. 12wt% 的 V,余量为Fe和不可避免的杂质。
14.一种权利要求1所述的珠光体合金钢用于制备铁路道岔的护轨的用途
15.一种权利要求1所述的珠光体合金钢的制备方法，包括原料准备、冶炼成钢、浇铸成型；其特征在于，具体步骤如下a.将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量>0.05wt% ；b.将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，并将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，使钢水中的各种组分达到要求；c.对钢水进行真空脱气处理；d.将真空脱气处理后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；或将真空脱气处理后的钢水直接通过模铸得到钢锭。
16.根据权利要求15所述的珠光体合金钢的制备方法，其特征在于，还包括对成型的钢还或钢锭进行去氢处理，使处理后钢中的氢含量低于1. 5ppm。
全文摘要
本发明公开了一种珠光体合金钢及其应用和制备方法。所述珠光体合金钢的组成为0.70wt%~0.90wt%的C，1.0wt%~1.6wt%的Mn，0.6wt%~1.2wt%的Si，0.3wt%~1.2wt%的Cr，0~0.7wt%的Ni，0~0.2wt%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。所述珠光体合金钢具有高强耐磨、热轧免热处理的优良性能，可以用于制备铁路道岔的护轨。
文档编号E01B5/18GK103045967SQ201310032530
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者周清跃, 张银花, 陈朝阳, 刘丰收, 李闯, 俞喆, 梁旭 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所