專利名稱：用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金領域，具體涉及一種用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼。
背景技術：
隨著鐵路建設的發展，客貨分離是發展的趨勢。貨運鐵路主要面臨重載，因此要求 其鋼軌耐磨；而客運鐵路的運行速度不斷提高，我國客運鐵路最高時速已經達到350km以 上。目前投入運營的高速鐵路已達6552營業公里，居世界第一；到2012年，中國鐵路營業 里程將達到11萬公里以上。由于客運專線主要承擔人生命、財產的運輸，因此安全性顯得 尤為重要。車速愈快，則對鋼軌的韌性要求愈高，否則一旦在運行過程中出現斷軌，后果不 堪設想。為了滿足客運鐵路的迫切要求，開發高性價比、韌性好的鋼軌成為必須。另外，隨 著人們對乘車舒適的要求，采用無縫線路已成為必然，從而鋼軌的焊接性能也是開發客運 鋼軌所必須考慮的問題。鋼軌中夾雜物是形成疲勞源，影響行車安全的重要原因，因此降低鋼中的夾雜物 含量是鋼軌制造過程中必須考慮的問題，除此，鋼軌鋼中氫含量過高將產生致命缺陷即白 點，因此降低鋼中氫含量以避免產生白點、氫脆等有害缺陷也是鋼軌制造過程中必須考慮 的問題。200510022444. 6提供了一種珠光體類熱處理鋼軌及其生產方法；200510022442. 7 提供了一種珠光體類高強度低合金鋼軌鋼及其生產方法；200710202530. 4公開了冶金領 域中一種抗接觸疲勞傷損性能好的鋼軌及該鋼軌的生產方法，以上發明均采用添加合金及 通過熱處理工藝來生產鋼軌，其不足之處在于，生產時采用了大量的貴重合金Mo、Ti、Cr、 Nb、V等元素，這不但增加了生產成本，而且由于合金元素的添加，使鋼軌連續冷卻轉變曲線 (CCT曲線)強烈右移，大大降低了鋼軌產生異常組織(如貝氏體、馬氏體)的臨界冷速，造 成鋼軌在焊接過程中易產生貝氏體、馬氏體等脆性組織，從而降低了列車運行的安全。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，該熱 軋高韌性碳素鋼抗拉強度彡880MPa，延伸率A彡9%。本發明解決技術問題所采用的技術方案是用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素 鋼，其化學成分按重量百分比計組成為c:0. 60 0. 80%, Si 0. 10 0. 60%, Mn 0. 70 1. 70%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 020%, 0 彡 0. 002%, N 彡 0. 006%, Al 彡 0. 004%, As彡0. 007%, H彡0. 00015%，余量為Fe和不可避免的雜質。上述方案中，所述的用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，其化學成分按重量百 分比計組成優選為C 0. 69-0. 75%, Si 0. 15-0. 35 %, Mn 1. 10-1. 30%, P ^ 0. 020%, S 彡 0. 015%, 0 ^ 0. 002%, N ^ 0. 006%, Al 彡 0. 004%, H ^ 0. 00015%, As 彡 0. 007%,
余量為Fe和不可避免的雜質。上述方案中，所述的用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，其化學成分按重量百分比計組成優選為C 0. 69-0. 73%, Si 0. 20-0. 30%, Mn 1. 10-1. 25%, P ^ 0. 020%, S ^ 0. 015%, 0 ^ 0. 002%, N ^ 0. 006%, Al ^ 0. 004%,H^ 0. 00015%, As 彡 0. 007%,
余量為Fe和不可避免的雜質。以下詳述本發明中限定各組分含量的理由C是一種能有效促進珠光體轉變的元素。隨著C含量的增加，鋼的強度、硬度隨之 增加，但鋼的塑性和韌性下降。當C含量超過0.80%時，在鋼軌熱軋和焊接過程中，容易 在晶界析出先共析網狀滲碳體，惡化鋼軌韌性和塑性，或者成為疲勞源，降低鋼軌的使用壽 命。因此，將C含量控制在0.60 0.80%之間。Si能抑制滲碳體的形成，促進鐵素體的轉變，同時由于其固溶強化的作用，對提高 鋼軌硬度有利。此外，Si的加入提高了鐵素體基體硬度及焊接接頭的硬度，當Si太低時， 作用不明顯；當Si大于0.60%時，鋼軌可焊性降低。因此將Si含量限制在0. 10 0.60% 之間。Mn在鋼軌中即是固溶強化元素，又是良好的脫氧劑和脫硫劑，其可消除或減弱鋼 因硫引起的脆性，從而提高鋼軌的使用性能。但當錳含量過高時，會明顯降低鋼軌產生馬氏 體的臨界冷速，并且由于生產中不可避免的成分偏析和焊接過程中的成分聚集，易形成馬 氏體或貝氏體等異常組織，從而增加鋼軌斷裂的危險，不利于鋼軌的安全使用。因此將Mn 含量控制在0. 70 1. 70%之間。P、S、As是強烈的裂紋敏感性元素，因而應盡可能的低P會提高低溫脆性轉變溫 度，使鋼的低溫沖擊性能大幅下降，因此一般要求P < 0. 020%。S含量過高，會形成大量的 MnS, MnS在鋼液凝固時易在晶界析出，在熱軋時被軋成帶狀夾雜，降低鋼材的延展性及韌 性，因此S含量越低越好，S含量< 0.020%。As使鋼材產生冷脆性，使得鋼軌的焊接性能 變差，因此As含量越低越好，As ^ 0. 007%。鋼軌中含有Al2O3或高Al2O3含量鋁酸鹽類脆性非金屬夾雜物是形成疲勞源的重要 原因之一，為了提高鋼軌的疲勞性能，需要降低氧化物夾雜的總量，因此必須嚴格控制鋼水 中全氧含量及Al含量。鋼中0<20ppm、Al < 0.004%。N由于具有加重鋼材的時效性以及使焊接熱影響區脆化，對鋼軌的使用性能不利。 為此，要求鋼中N<60ppm。鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷，進入鋼液的氫會以過飽和狀態固溶于 鑄坯中，當高溫奧氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。而冷卻較快時，氫原子 來不及擴散到鋼的表面逸出，在鋼中的一些缺陷處由原子狀態的氫變成分子狀態的氫。氫 的析出使鋼軌頭部產生微小裂紋。為了避免在鋼軌中產生白點，鋼中1.5ppm。本發明的有益效果是本發明提供的用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼在強調 C、Si、Mn、P、S的成分范圍基礎上，根據客運專線用鋼軌對安全性的要求，通過降低鋼中P、 S、0、N、H含量，減少鋼中夾雜物，從而提高鋼軌的韌性指標，其中抗拉強度> 880MPa，延伸 率A彡9%，斷面收縮率Z彡25%，落錘彎曲度彡47mm ；該發明無需添加合金元素或再進行 熱處理，性價比高，滿足了客運鐵路安全第一的要求。
具體實施例方式本發明實施例1-9
4
用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼的化學成分見表1，表中所列化學成分的余量 為Fe及不可避免的雜質，該熱軋高韌性碳素鋼的試驗結果列入表2。表 1 本發明的生產方法為鐵水脫硫處理一轉爐冶煉一爐外精煉一連鑄一堆垛緩冷一鑄坯加熱一軋制一鋼 軌(帶預彎)冷卻一復合矯直一精整一鋼軌進入檢測中心檢查一人工檢查一入庫。表2
5 由上表可知，實施例9不能達到用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼的性能要求。 實施例1-8均可實現發明目的，由于延伸率A、斷面收縮率Z、落錘彎曲度越大顯示韌性越 好，因此其中的實施例2，4，6為最佳實施例，實施例1，3，5為較佳實施例。
權利要求
用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，其特征在于其化學成分按重量百分比計組成為C0.60～0.80％、Si0.10～0.60％、Mn0.70～1.70％、P≤0.020％、S≤0.020％、O≤0.002％、N≤0.006％、Al≤0.004％、As≤0.007％，H≤0.00015％，余量為Fe和不可避免的雜質。
2.用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，其特征在于其化學成分按重量百分比計組 成為C 0. 69-0. 75%, Si :0. 15-0. 35%, Mn :1. 10-1. 30 %、P 彡 0. 020%, S 彡 0. 0150 彡 0. 002%,N 彡 0. 006%,Al 彡 0. 004%,H 彡 0. 00015%,As 彡 0. 007%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
3.用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，其特征在于其化學成分按重量百分比計組 成為C 0. 69-0. 73%, Si 0. 20-0. 30%, Mn 1. 10-1. 25 %, P ^ 0. 020 %, S ^ 0. 015 %, 0 彡 0. 002%,N 彡 0. 006%,Al 彡 0. 004%,H 彡 0. 00015%,As 彡 0. 007%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
全文摘要
本發明涉及鋼鐵冶金領域。用于客運鋼軌的熱軋高韌性碳素鋼，其化學成分按重量百分比計組成為C0.60～0.80％、Si0.10～0.60％、Mn0.70～1.70％、P≤0.020％、S≤0.020％、O≤0.002％、N≤0.006％、Al≤0.004％、As≤0.007％，H≤0.00015％，余量為Fe和不可避免的雜質。該熱軋高韌性碳素鋼無需添加合金元素或再進行熱處理，抗拉強度≥880MPa，延伸率A≥9％。
文檔編號C22C38/06GK101880822SQ20101023266
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者任安超, 吉玉, 周劍華, 易衛東, 朱敏, 桂美文, 熊建良, 范進國 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司