本發(fā)明涉及低合金高強鋼領(lǐng)域。更具體地，涉及一種高強度、高韌性，且具有良好耐大氣和環(huán)境腐蝕的綜合性能好的低碳1300mpa級高強耐蝕貝氏體鋼、鋼軌及制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著鐵路朝高速重載方向發(fā)展，現(xiàn)有珠光體型鋼軌無法滿足鐵路發(fā)展需求，新型貝氏體鋼軌已成為國際國內(nèi)的研究熱點。目前，大量相關(guān)貝氏體鋼軌的研究著眼于力學(xué)性能的提高，未充分考慮不同環(huán)境下對鋼軌服役性能的差異要求。而在我國南方潮濕地區(qū)、沿海高鹽分地區(qū)、長距離隧道等濕度大的環(huán)境中及海洋性氣候區(qū)域等環(huán)境中，現(xiàn)有鋼軌因腐蝕造成的病害十分嚴重，因此，針對上述大氣及環(huán)境腐蝕服役條件，急需開發(fā)高性能耐腐蝕的貝氏體鋼軌產(chǎn)品，以提高應(yīng)用經(jīng)濟性和適應(yīng)鐵路發(fā)展需求。要在復(fù)雜長鐵路線上具有優(yōu)良的耐磨損、抗疲勞、抗腐蝕等綜合服役性能，貝氏體鋼軌需同時具有良好的強韌性配合和良好耐腐蝕能力。目前，絕大多數(shù)貝氏體鋼軌產(chǎn)品研發(fā)主要關(guān)注其強韌性、耐磨性或抗疲勞性能等，公開的報道中，僅公開號為cn102719762a的中國發(fā)明專利申請注重了貝氏體鋼軌的耐環(huán)境腐蝕性能。該申請主要通過3.2-4.0wt％cr元素發(fā)揮耐腐蝕作用，再輔以少量ni和cu元素(0.1-0.3wt％ni，0.25-0.60wt％cu)，以提高鋼軌的耐腐蝕性能。但是該專利更側(cè)重于兼顧鋼軌的高強度和耐腐蝕性能，而所申請保護的鋼軌韌性水平可提高的空間較大，在強度1350mpa水平下，常溫沖擊功僅aku2≥40j，實施例中最高沖擊韌性為60j。因此，為順應(yīng)鐵路發(fā)展趨勢，解決目前國內(nèi)外貝氏體鋼軌開發(fā)過程中的存在的缺陷與不足，需要提供一種綜合性能優(yōu)良的耐蝕貝氏體鋼。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的第一個目的在于提供一種耐蝕貝氏體鋼。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種耐蝕貝氏體鋼軌。該鋼軌的纖維組織主要為貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，且其具有高強度、高韌性、良好的耐環(huán)境腐蝕性能，綜合性能優(yōu)良。本發(fā)明的第三個目的在于提供一種耐蝕貝氏體鋼軌的制備方法。為達到上述第一個目的，本發(fā)明提供一種耐蝕貝氏體鋼，其組成包含：c：0.15-0.45wt％，mn：1.80-3.00wt％，cr：0.50-1.20wt％，mo：0.35-0.7wt％，ni：0.50-0.80wt％，si：0.50-1.50wt％，w：0.3-0.8wt％，ca：≤0.020wt％，ce：≤0.030wt％，s：≤0.010wt％，p：≤0.015wt％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)元素，顯微組織主要為貝氏體/馬氏體復(fù)相組織；其中，w+mo≥0.9wt％，ca/s≥1.5。優(yōu)選地，所述耐蝕貝氏體鋼的組成包含：c：0.20-0.45wt％，mn：2.00-3.00wt％，cr：0.50-1.10wt％，mo：0.35-0.7wt％，ni：0.50-0.80wt％，si：0.50-1.50wt％，w：0.4-0.8wt％，ca：0.0005-0.020wt％，ce：0.0005-0.030wt％，s：0.0005-0.010wt％，p：0.002-0.015wt％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)元素，顯微組織主要為貝氏體/馬氏體復(fù)相組織；其中，w+mo≥0.9wt％，ca/s≥1.5。本發(fā)明中，碳元素c：具有強烈的固溶強化作用，有利于鋼種強度的提高。能顯著提高鋼種的淬透性，但不利于鋼種的耐大氣腐蝕性能，同時量過高時不利于鋼軌的焊接。錳元素mn：是鋼種cct曲線右移，顯著增加淬透性的元素。相對而言，錳元素能顯著延緩高溫區(qū)鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，而對中低溫區(qū)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響較小，達到一定含量時(≥1.5wt％)，能使鋼種cct曲線上出現(xiàn)上下與左右方向俱完全分開的典型的高溫轉(zhuǎn)變區(qū)和中溫貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，大大增加了鋼種淬透性，有利于尺寸較厚產(chǎn)品從奧氏體化高溫空冷即可獲得性能優(yōu)良的貝氏體組織，便于簡化生產(chǎn)工藝和降低成本。此外，錳元素有固溶強化的作用，有利于強度的提高，且錳元素含量增加，有利于提高鋼的耐點蝕能力和對海洋大氣的耐蝕性。硅元素si：可抑制脆性的碳化物析出，利于韌塑性配合良好的殘余奧氏體膜的形成。硅可阻止銹層中酸的形成，使內(nèi)銹層致密，阻礙氯離子侵入，提高抗腐蝕能力。與其他元素如cr、ca等的配合使用可使鋼耐候性效果更好。鉻元素cr：具有固溶強化的作用，有利于強度的提高。同時，鉻元素能提高鋼種的淬透性，有利于鋼軌軌頭部分內(nèi)外性能的均勻一致。鉬元素mo：強烈提高鋼種的淬透性，有利于鋼軌空冷條件下即可獲得貝氏體組織和性能的均勻一致性。此外，鉬使得鋼的銹層致密，可提高鋼在海洋大氣環(huán)境中的抗腐蝕能力。銹層中的mo可抑制氯離子的侵入，當加ca后效果更好，使得氯離子集中于銹層外部。此外，鉬元素可提高鋼的回火抗力。鎳元素ni：有利于鋼的韌性，尤其是低溫沖擊韌性的提高。鎢元素w：可將銹層中的陰離子選擇改變?yōu)殛栯x子選擇，阻礙氯離子等侵入，從而使得鋼的腐蝕被抑制。當有ca加入時，效果更好。此外，鎢具有提高鋼種回火抗力的作用。由于w與mo有類似的原子層結(jié)構(gòu)，二者含量當小于0.9wt％時，抗腐蝕作用不能充分顯示。鈣元素ca：促使鋼中夾雜物的球化，減弱夾雜物附件的應(yīng)力集中，有利于韌性的提高。當鋼中ca/s≥1.5時，夾雜物球化效果才比較明顯。此外，微量ca的存在可提高鋼的耐大氣腐蝕性能，尤其當其與ni、mo、w共存時效果更佳。鈰元素ce：能凈化晶粒界面，有利于提高鋼種的斷裂抗力，增強韌性。為達到上述第二個目的，本發(fā)明提供一種耐蝕貝氏體鋼軌，該耐蝕貝氏體鋼軌由所述的耐蝕貝氏體鋼制成。為達到上述第三個目的，本發(fā)明提供一種耐蝕貝氏體鋼軌的制備方法，包括如下步驟：將具有上述組成的耐蝕貝氏體鋼的原料采用煉鋼工藝進行冶煉、鑄造，得鑄坯；將鑄坯經(jīng)加熱、開坯、粗軋、精軋后，得鋼軌原型；將鋼軌原型連續(xù)冷卻至室溫，得耐蝕貝氏體鋼軌。本發(fā)明中，相對于常規(guī)冷卻過程中進行的等溫處理，本專利采取的連續(xù)冷卻工藝，可使得該過程中先形成的貝氏體組織起到明顯分割原奧氏體晶粒，細化顯微組織的效果，進而有利于同時提高強度、韌性、塑性等綜合力學(xué)性能。優(yōu)選地，所述連續(xù)冷卻的速度小于所述的耐蝕貝氏體鋼的cct曲線中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度。冷卻速度小于所述的耐蝕貝氏體鋼的cct曲線中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度，可避免鋼軌在連續(xù)冷卻過程中只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，而得不到貝氏體/馬氏體的復(fù)相組織。優(yōu)選地，所述加熱是指加熱至1150-1250℃，保溫2-3小時。優(yōu)選地，所述精軋的終軋溫度≥900℃。優(yōu)選地，所述連續(xù)冷卻的方法為空冷、霧冷或風(fēng)冷中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述制備方法還包括：在將鋼軌原型連續(xù)冷卻至室溫后，再進行熱處理，得耐蝕貝氏體鋼軌。優(yōu)選地，所述熱處理為回火處理，回火處理的溫度≤400℃，回火處理的保溫時間≥3小時。優(yōu)選地，所述鑄造的方式為連鑄或模鑄。本發(fā)明中耐蝕貝氏體鋼軌的力學(xué)性能指標如下：屈服強度rp0.2≥1150mpa，抗拉強度rm≥1350mpa，延伸率a≥13.5％，沖擊功aku2(常溫)≥75j，表現(xiàn)出良好的強韌性配合水平。本發(fā)明耐蝕貝氏體鋼軌的耐腐蝕性能如下：在鹽霧腐蝕試驗條件下，平均腐蝕速率為0.642g/(m2h)，相對于u71mn鋼軌鋼的平均腐蝕速率降低55％以上，可大幅提高鋼軌在大氣和腐蝕環(huán)境下的使用壽命。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明中通過對原料的合理選擇以及原料添加量的精確控制，采用少量mo、w、ca、ce等元素的綜合作用來提高鋼軌的耐腐蝕性能，進一步結(jié)合本發(fā)明的制備方法，制備得到的耐蝕貝氏體鋼軌與現(xiàn)有貝氏體耐蝕鋼軌相比，在保持同強度水平前提下，可大幅度增加鋼軌的韌性水平，同時可進一步提高鋼軌的塑性和耐大氣腐蝕能力，進而有利于提高鋼軌的耐磨損、抗腐蝕等綜合服役性能。附圖說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。圖1示出本發(fā)明實施例1制備得到的耐蝕貝氏體鋼軌的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。具體實施方式為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。表1示出了以下各實施例及對比例中的耐蝕貝氏體鋼的組分含量(質(zhì)量百分數(shù))，其中雜質(zhì)是指不可避免的雜質(zhì)。表1示出了以下各實施例及對比例中的耐蝕貝氏體鋼的組分含量(質(zhì)量百分數(shù))實施例cmncrsimownipscacefe及雜質(zhì)實施例10.153.01.200.820.700.300.580.0150.0100.0130.030余量實施例20.212.641.020.500.630.680.640.0090.00420.00830.014余量實施例30.282.360.501.060.560.430.80.0110.00120.00370.0088余量實施例40.362.010.641.310.350.550.730.00730.00080.00120.0051余量實施例50.451.800.911.500.460.800.50.00610.00780.0160.0020余量對比例10.153.01.200.820.400.300.580.0150.0100.0200.030余量對比例20.153.01.200.820.700.300.580.0150.0100.0200.030余量實施例1耐蝕貝氏體鋼軌，其由耐蝕貝氏體鋼制成，其中，該耐蝕貝氏體鋼的各組分含量如表1所示，該鋼的cct曲線中，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度在10℃/s以上。該鋼軌的制備方法如下：1)按照表1中本實施例的配方，采用常規(guī)的煉鋼工藝，由轉(zhuǎn)爐或電爐進行冶煉和精煉，再采用連鑄的方式進行鑄造，得鑄坯；2)將鑄坯加熱至1250℃，保溫2h，再經(jīng)開坯、粗軋、精軋后，得鋼軌原型，其中，精軋的終軋溫度為900℃；3)將鋼軌原型采用強霧冷方式，平均6℃/s冷速連續(xù)冷卻至室溫。4)在400℃溫度下，回火處理3h，得耐蝕貝氏體鋼軌。該耐蝕貝氏體鋼軌內(nèi)部的顯微組織照片如圖1所示。從圖1可知，本發(fā)明的1350mpa級綜合性能優(yōu)良的耐蝕貝氏體鋼軌的顯微組織主要為貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。實施例2耐蝕貝氏體鋼軌，其由耐蝕貝氏體鋼制成，其中，該耐蝕貝氏體鋼的各組分含量如表1所示，該鋼的cct曲線中，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度在10℃/s以上。該鋼軌的制備方法如下：1)按照表1中本實施例的配方，采用常規(guī)的煉鋼工藝，由轉(zhuǎn)爐或電爐進行冶煉和精煉，再采用連鑄的方式進行鑄造，得鑄坯；2)將鑄坯加熱至1200℃，保溫2h，再經(jīng)開坯、粗軋、精軋后，得鋼軌原型，其中，精軋的終軋溫度為950℃；3)將鋼軌原型采用強風(fēng)冷的方式，平均5℃/s冷速連續(xù)冷卻至室溫；4)在350℃溫度下，回火處理3.5h，得耐蝕貝氏體鋼軌。實施例3耐蝕貝氏體鋼軌，其由耐蝕貝氏體鋼制成，其中，該耐蝕貝氏體鋼的各組分含量如表1所示，該鋼的cct曲線中，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度在10℃/s以上。該鋼軌的制備方法如下：1)按照表1中本實施例的配方，采用常規(guī)的煉鋼工藝，由轉(zhuǎn)爐或電爐進行冶煉和精煉，再采用連鑄的方式進行鑄造，得鑄坯；2)將鑄坯加熱至1200℃，保溫2.5h，再經(jīng)開坯、粗軋、精軋后，得鋼軌原型，其中，精軋的終軋溫度為950℃；3)將鋼軌原型采用霧冷的方式，平均4℃/s冷速連續(xù)冷卻至室溫；4)在320℃溫度下，回火處理4h，得耐蝕貝氏體鋼軌。實施例4耐蝕貝氏體鋼軌，其由耐蝕貝氏體鋼制成，其中，該耐蝕貝氏體鋼的各組分含量如表1所示，該鋼的cct曲線中，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度在10℃/s以上。該鋼軌的制備方法如下：1)按照表1中本實施例的配方，采用常規(guī)的煉鋼工藝，由轉(zhuǎn)爐或電爐進行冶煉和精煉，再采用連鑄的方式進行鑄造，得鑄坯；2)將鑄坯加熱至1200℃，保溫2.5h，再經(jīng)開坯、粗軋、精軋后，得鋼軌原型，其中，精軋的終軋溫度為950℃；3)將鋼軌原型采用風(fēng)冷方式，平均3℃/s冷速連續(xù)冷卻至室溫；4)在300℃溫度下，回火處理4h，得耐蝕貝氏體鋼軌。實施例5耐蝕貝氏體鋼軌，其由耐蝕貝氏體鋼制成，其中，該耐蝕貝氏體鋼的各組分含量如表1所示，該鋼的cct曲線中，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度在10℃/s以上。該鋼軌的制備方法如下：1)按照表1中本實施例的配方，采用常規(guī)的煉鋼工藝，由轉(zhuǎn)爐或電爐進行冶煉和精煉，再采用連鑄的方式進行鑄造，得鑄坯；2)將鑄坯加熱至1150℃，保溫3h，再經(jīng)開坯、粗軋、精軋后，得鋼軌原型，其中，精軋的終軋溫度為980℃；3)將鋼軌原型采用空冷的方式，平均2℃/s冷速連續(xù)冷卻至室溫；4)在250℃溫度下，回火處理6h，得耐蝕貝氏體鋼軌。對比例1重復(fù)實施例1，區(qū)別在于，配方如表1中對比例1的配方，w+mo總量為0.7wt％，其余制備方法與實施例1相同，制備得到耐蝕貝氏體鋼軌。對比例2重復(fù)實施例1，區(qū)別在于，配方如表1中對比例1的配方，其中ca/s為1.3，其余制備方法與實施例1相同，制備得到耐蝕貝氏體鋼軌。對比例3重復(fù)實施例1，區(qū)別在于，將“連續(xù)冷卻至室溫”，改為等溫冷卻，即“先冷卻至500℃，保溫4h后，再空冷至室溫”，其余條件不變，制備得到耐蝕貝氏體鋼軌。試驗例1力學(xué)性能測試通過萬能拉伸試驗機，采用標準拉伸試樣，根據(jù)相關(guān)國家標準的規(guī)定，分別測定了各實施例及對比例制備的鋼軌試樣的力學(xué)性能，如表2所示。由表2可知，本發(fā)明的耐腐蝕貝氏體鋼軌的屈服強度rp0.2≥1150mpa，抗拉強度rm≥1350mpa，延伸率a≥13.5％，沖擊功aku2(常溫)≥75j，具有高強度、高韌性和高塑性的良好匹配。表2各實施例制備的耐蝕貝氏體鋼軌的力學(xué)性能試驗例2耐腐蝕性能測試通過鹽霧腐蝕實驗來評價鋼軌的耐腐蝕性能。鹽霧腐蝕條件為：50±10g/l的nacl水溶液，ph值為6.5-7.2，溫度35℃，采用連續(xù)噴霧方法，實驗持續(xù)1個月時間，結(jié)果如表3所示。表3各實施例制備的耐腐蝕貝氏體鋼軌的鹽霧腐蝕實驗性能顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。當前第1頁12