專利名稱：貝氏體鋼軌的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貝氏體鋼軌的熱處理方法，更具體地講，涉及一種含有穩(wěn)定殘余奧氏體的高性能貝氏體鋼軌的熱處理方法。
背景技術(shù)：
鋼軌是引導(dǎo)列車運行并將車輪載荷傳遞給道床的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響線路的運營效率和行車安全。近年來，隨著鐵路軸重和通過總重的不斷提高，對鋼軌的性能和綜合質(zhì)量提出了更高的要求。研究已證明，由貝氏體型鐵素體、殘余奧氏體及微量馬氏體組成的無碳化物貝氏體/馬氏體復(fù)相鋼在鋼軌領(lǐng)域擁有巨大的開發(fā)潛力，世界各國學(xué)者在貝氏體鋼軌的研制、應(yīng)用與完善方法開展了大量工作。目前，貝氏體鋼軌的生產(chǎn)工藝主要分為以下三種 (I)將鋼坯軋制為鋼軌后直接空冷至室溫，此時將得到上貝氏體(微量)+無碳化物貝氏體+殘余奧氏體(少量)+馬氏體(微量)的復(fù)相鋼，配合后續(xù)回火工序穩(wěn)定鋼中殘余奧氏體并使得馬氏體也轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，鋼軌的強韌性較空冷條件下有所改善；(2)提高鋼中Mo、Ni、V、Ti等貴重合金元素的含量，將軋制后的鋼軌直接空冷至室溫，從而得到具有良好強韌性的無碳化物貝氏體+殘余奧氏體+馬氏體復(fù)相鋼。該方法由于無奧氏體穩(wěn)定化措施，所以鋼中殘余奧氏體在列車車輪沖擊載荷等外力作用存在誘發(fā)形成脆性的馬氏體的趨勢；(3)將鋼坯軋制為鋼軌后自奧氏體相區(qū)施加冷卻介質(zhì)，以1-10°C /s的冷速對鋼軌實施加速冷卻至300-500°C時停止冷卻，其后空冷至室溫，得到強韌性良好的貝氏體鋼軌，公開號為CN1095421A的專利申請即采用上述方法。研究表明，采用該方法生產(chǎn)的鋼軌在加速冷卻過程中，由于鋼軌橫斷面熱容的不均勻分布，易于產(chǎn)生較大彎曲變形，導(dǎo)致鋼軌的平直度降低，在后續(xù)矯直工序?qū)a(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，影響鋼軌的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種貝氏體鋼軌的熱處理方法。根據(jù)本發(fā)明的貝氏體鋼軌的熱處理方法包括將終軋后的鋼軌自然冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至460°C -490°C ;將鋼軌以2. (TC /s-4. (TC /s的冷卻速度強制冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至250°C -290°C ;使鋼軌溫度自然回升直至鋼軌軌頭表層溫度達(dá)到300°C以上；將鋼軌置于爐膛溫度為300°C _350°C的加熱爐內(nèi)回火處理2h-6h ;將鋼軌空冷至室溫。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以通過向鋼軌軌頭施加冷卻介質(zhì)進(jìn)行強制冷卻。根據(jù)本發(fā)明的實施例，冷卻介質(zhì)可以為水霧混合氣體或壓縮空氣。經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法得到的鋼軌在獲得穩(wěn)定殘余奧氏體組織的同時具有良好的綜合力學(xué)性能。


通過結(jié)合附圖進(jìn)行的示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點將變得清楚和更易于理解，其中圖I是中國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的鋼軌軌頭斷面硬度測試位置的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的熱處理方法得到的貝氏體鋼軌的顯微組織照片。圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱處理方法得到的貝氏體鋼軌的顯微組織照片。
具體實施例方式在貝氏體鋼軌的軋制過程中，通常將含有貝氏體鋼軌成分的鋼坯送至加熱爐中加·熱，并且通常采用1200°C -1300°C的均熱溫度和不小于2h的均熱時間，并且均熱通常采用先快后慢的加熱方式。然后，在保溫至規(guī)定時間之后在軋機中軋制為所需斷面鋼軌。此外，終軋溫度通常為大約900°C -1000°C。下面將參照示例性實施例詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的例如經(jīng)上述軋制后得到的鋼軌的熱處理方法，然而，本發(fā)明不限于對上述軋制后的鋼軌進(jìn)行熱處理。首先，將終軋后的鋼軌自然冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至大約460°C -490°C ；然后，將鋼軌以大約2. (TC /s-4. (TC /s的冷卻速度強制冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至大約 250 0C -290 0C ο根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，可以將終軋后的鋼軌直立于輥道后進(jìn)行空冷直至鋼軌軌頭表層溫度降至大約460°C _490°C，然后可以通過向鋼軌軌頭施加冷卻介質(zhì)對鋼軌進(jìn)行強制冷卻，例如可以向鋼軌軌頭的頂表面和兩個側(cè)面施加冷卻介質(zhì)對鋼軌進(jìn)行強制冷卻。這里，可以將鋼軌的冷卻速度控制為大約2. (TC /s-4. (TC /S。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，對鋼軌的強制冷卻不限于以上方式。此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，冷卻介質(zhì)可以為水霧混合氣體或壓縮空氣。在軋后空冷條件下，貝氏體鋼軌的相變溫度在大約350_400°C之間。在現(xiàn)有技術(shù)中，從奧氏體相區(qū)開始實施加速冷卻，由于開始加速冷卻溫度距離相變溫度范圍較寬，需冷卻較長時間，這樣將耗費較多的冷卻介質(zhì)能源；此外，從奧氏體相區(qū)開始實施加速冷卻，在加速冷卻過程中，鋼軌軌頭表層受到冷卻介質(zhì)加速冷卻的同時，來自軌頭心部和軌腰部位的熱量將通過熱傳遞方式向軌頭表層擴(kuò)散，導(dǎo)致軌頭難以在更大的過冷度下完成相變，并最終導(dǎo)致軌頭斷面的強硬度出現(xiàn)由表層至心部遞減的現(xiàn)象，無法實現(xiàn)全面硬化。因此，在奧氏體相區(qū)至490°C溫度區(qū)間實施加速冷卻，對提高鋼軌的綜合性能指標(biāo)無顯著幫助。然而，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，當(dāng)鋼軌軌頭表層溫度自然冷卻至大約460°C -490°C時，軌腰與軌底的溫度均低于500°C。此時實施加速冷卻，軌頭表層溫度顯著降低，而來自軌頭心部的熱量難以有效補充，同時，因距離貝氏體相變點較近，可使鋼軌軌頭全斷面特別是軌頭心部在更大的過冷度下完成相變。因此，鋼軌可獲得比背景技術(shù)中提到的熱處理方法更高的性能指標(biāo)。此外，在強制冷卻過程中，如果冷卻速度低于2°C /S，則軌頭表層的溫度難以快速下降，無法有效傳遞至心部，同時來自心部的熱量將反補表層，不利于提高鋼軌的綜合性能；如果冷卻速度高于4°C /s，則由于表層冷卻速度過快而產(chǎn)生較多的馬氏體，盡管結(jié)合后續(xù)的回火處理，可轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，但也無法完全轉(zhuǎn)變，最終保留至室溫的馬氏體組織將不利于鋼軌的安全使用。此外，在強制冷卻后，如果鋼軌軌頭表層的強制冷卻終溫高于290°C，則盡管軌頭表層已獲得細(xì)小的貝氏體組織，但軌頭心部由于溫度較高而將產(chǎn)生粗大的貝氏體組織并最終影響室溫下鋼軌的性能，不利于實現(xiàn)全斷面性能的統(tǒng)一；如果鋼軌軌頭表層的強制冷卻終溫低于250°C，則在貝氏體組織中將生成大量的馬氏體，即使通過后續(xù)的回火處理也難以消除，從而導(dǎo)致鋼軌韌塑性顯著降低甚至導(dǎo)致鋼軌無法使用。接下來，使鋼軌溫度自然回升直至鋼軌軌頭表層溫度達(dá)到300°C以上；然后將鋼軌置于爐膛溫度為300°C _350°C的加熱爐內(nèi)回火處理2h-6h。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，在完成強制冷卻后，將鋼軌置于空氣中，此時，來自軌頭心部和軌腰部位的熱量將會使軌頭表層溫度回升50-60°C。因此，在上述強制冷卻至2500C -290°C之后，鋼軌表層溫度可以自然回升至300°C以上。在前述強制冷卻階段完成后，來自軌腰和軌頭心部的熱量仍向軌頭表層補充，即鋼軌全斷面處于均熱狀態(tài)，通過一段 時間的均熱后，鋼軌平均溫度在大約300-350°C之間，此時進(jìn)行回火處理，可顯著縮短回火時間，并可獲得更加均勻的性能分布。此外，通過前述強制冷卻，細(xì)小的貝氏體組織已經(jīng)形成，在薄片狀貝氏型體鐵素體的片層間包含殘余奧氏體，此時的殘余奧氏體是不穩(wěn)定的，需通過回火處理進(jìn)一步穩(wěn)定，才能獲得強韌性俱佳的穩(wěn)定鋼軌。雖然鋼軌強制冷卻后溫度的回升能夠起到一定的回火作用，但其作用有限。這是因為，來自軌腰和軌底的熱量只能維持較短時間內(nèi)鋼軌溫度的回升，當(dāng)鋼軌達(dá)到均熱態(tài)后，全斷面溫度將同時降低，并在很短的時間內(nèi)降低至室溫。因此，自身溫度回升的回火處理對組織的影響較為有限，鋼中部分殘余奧氏體仍處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。因此，本發(fā)明采用在大約300°C _350°C加熱處理的回火工藝。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，將加熱爐溫度設(shè)置為大約300°C -350°C，當(dāng)回火溫度低于300°C時，鋼的韌塑性指標(biāo)特別是_40°C條件下沖擊韌性顯著降低，無法發(fā)揮貝氏體鋼軌低溫下高韌性的特點；當(dāng)回火溫度高于350°C時，盡管韌塑性指標(biāo)仍在提高，但強度與硬度出現(xiàn)下降趨勢，不利于獲得綜合性能優(yōu)良的鋼軌。此外，當(dāng)回火時間小于2h，鋼中部分殘余奧氏體仍處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，未達(dá)到穩(wěn)定殘余奧氏體的目的；當(dāng)回火時間高于6h，鋼中殘余奧氏體已轉(zhuǎn)變完成，回火目的已達(dá)到，繼續(xù)延長處理時間已無顯著益處。最后，將回火處理過的鋼軌空冷至室溫，從而得到具有穩(wěn)定殘余奧氏體組織同時具有良好的綜合力學(xué)性能的鋼軌。在下文中，將結(jié)合具體實施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的含有穩(wěn)定殘余奧氏體的高性能貝氏體鋼軌的熱處理方法。表I示出根據(jù)本發(fā)明的實施例和對比示例使用的貝氏體鋼軌的化學(xué)成分，然而，本發(fā)明的熱處理方法不限于應(yīng)用于具有表I中化學(xué)成分的鋼軌。表I
權(quán)利要求
1.一種貝氏體鋼軌的熱處理方法，其特征在于，所述貝氏體鋼軌的熱處理方法包括 將終軋后的鋼軌自然冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至460°c -490°C ； 將鋼軌以2. (TC /s-4.0°C /s的冷卻速度強制冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至250 0C -290 0C ； 使鋼軌溫度自然回升直至鋼軌軌頭表層溫度達(dá)到300°C以上； 將鋼軌置于爐膛溫度為300°C _350°C的加熱爐內(nèi)回火處理2h-6h ； 將鋼軌空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的貝氏體鋼軌的熱處理方法，其特征在于，通過向鋼軌軌頭施加冷卻介質(zhì)進(jìn)行強制冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝氏體鋼軌的熱處理方法，其特征在于，冷卻介質(zhì)為水霧混合氣體或壓縮空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種貝氏體鋼軌的熱處理方法。該貝氏體鋼軌的熱處理方法包括將終軋后的鋼軌自然冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至460℃-490℃；將鋼軌以2.0℃/s-4.0℃/s的冷卻速度強制冷卻，以使鋼軌軌頭表層溫度降至250℃-290℃；使鋼軌溫度自然回升直至鋼軌軌頭表層溫度達(dá)到300℃以上；將鋼軌置于爐膛溫度為300℃-350℃的加熱爐內(nèi)回火處理2h-6h；將鋼軌空冷至室溫。經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法得到的鋼軌在獲得穩(wěn)定殘余奧氏體組織的同時具有良好的綜合力學(xué)性能。
文檔編號C21D9/04GK102899471SQ201210394058
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者韓振宇, 鄒明, 賈濟(jì)海, 郭華, 劉建華, 鄧勇, 王春建, 袁俊, 姚麾 申請人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司