大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法。

背景技术

辙叉作为引导车辆转向并承载列车载荷的关键部件，在铁路线路中服役最苛刻、受力最集中、伤损最突出、使用寿命最短，亟需一种高强、高韧、高耐磨、抗接触疲劳性能优异的钢轨钢。贝氏体辙叉用钢因其具有较高的强度、韧性和硬度，使其表现出优良的抗接触疲劳和耐磨损性能，使它成为制作新型铁路用辙叉的理想材料。

目前，辙叉的生产工艺主要有铸造和锻造，铸造型辙叉存在硬度较低、中心缩孔、气泡等缺陷，使其服役周期短(列车通过量为1.2～1.4亿吨)。锻造法生产辙叉则存在表面质量、平直度、规格无法充分满足高规格、高要求铁路运行要求。而轧制法(特别是采用“万能”轧制的方法来生产贝氏体辙叉用钢)的相关研究较少。

轧制的目的除了得到预期的几何形状外，更重要的一点就是轧制可以提高轧件综合的力学性能，并在一定条件下使轧件内部缺陷愈合。从力学角度考虑，随着轧制道次的增加，变形逐渐向内部深入，中心部位也开始变形，这有利于轧件内部缩孔、裂纹的愈合。

为了提升辙叉的力学性能，需要对奥氏体晶粒尺寸进行控制。同时，由于辙叉用钢断面尺寸较大，在采用常规钢轨轧制法轧制辙叉时，存在压缩比不足、心部强韧性不够的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法，以解决关于晶粒尺寸控制和大断面辙叉难以有效轧制的问题。

根据本发明的一个方面，提出一种大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法，包括以下步骤：

S1，将冶炼后的钢水浇铸为断面尺寸为320*410mm的钢坯；

S2，对浇铸后获得的钢坯进行加热；

S3，对加热后的钢坯进行轧制或锻造，其中，进行轧制或锻造时，压缩比或锻造比为7.5～12，前一道次轧制面积与下一道次轧制面积的比值大于等于1.1；

S4，对轧制或锻造后获得的辙叉进行回火。

根据本发明的一个实施例，所述辙叉用钢按质量百分比计包含0.26～0.35％的C、0.002～0.006％的S、0.03～0.10％的V以及40～70ppm的N。

根据本发明的一个实施例，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.25～0.35％的C，0.70～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.006％的S，0.30～1.70％的Cr，0.10～0.60％的Mo，0.002～0.70％的Ni，0.03～0.10％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，浇铸过程中的过冷度为20～40℃。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，在1250～1300℃进行加热，加热时间为200～500min。

根据本发明的一个实施例，步骤S3中，轧制过程温度为1000～1150℃。

根据本发明的一个实施例，步骤S4中，回火温度为200～400℃，回火时间为48～96h。

根据本发明的一个实施例，所述辙叉用钢的中心疏松小于等于1.5级，碳偏析指数为-0.96～1.04，A类非金属夹杂物小于等于1.5级，轨头心部抗拉强度大于等于1350MPa，断面收缩率大于等于45％，常温冲击大于等于60J，-40℃低温冲击大于等于30J，心部奥氏体晶粒尺寸小于等于100nm。

根据本发明的一个实施例，浇铸全程进行保护浇铸。

在根据本发明的实施例的大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法中，针对断面尺寸为320*410mm的大断面钢坯，采用大压缩比或锻造比(7.5～12)，并控制前一道次轧制面积与下一道次轧制面积的比值大于等于1.1，从而可以通过大压缩比或锻造比来实现晶粒细化，并可通过控制前后两道次的轧制面积比来实现钢坯在轧制过程中的均匀变形，从而提升辙叉的综合力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明实施例的大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

图1示出根据本发明实施例的大压缩比贝氏体辙叉用钢的生产方法的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1，将冶炼后的钢水浇铸为断面尺寸为320*410mm的钢坯；

S2，对浇铸后获得的钢坯进行加热；

S3，对加热后的钢坯进行轧制或锻造，其中，进行轧制或锻造时，压缩比或锻造比为7.5～12，前一道次轧制面积与下一道次轧制面积的比值大于等于1.1(即，Sn/Sn+1≥1.1)；其中，可以在对钢坯进行除磷后再进行轧制或锻造成型；

S4，对轧制或锻造后获得的辙叉进行回火；其中，可以对辙叉依次进行冷却、矫直加工后，再进行回火处理。

在本发明的实施例中，某一道次轧制面积可以为该道次轧制后轧件的断面面积。在本发明的技术方案中，针对断面尺寸为320*410mm的大断面钢坯，采用大压缩比或锻造比(7.5～12)，并控制前一道次轧制面积与下一道次轧制面积的比值大于等于1.1，从而可以通过大压缩比或锻造比来实现晶粒细化，特别是进行心部的晶粒细化以改善心部性能，并可通过控制前后两道次的轧制面积比来实现钢坯在轧制过程中的均匀变形，从而提升辙叉的综合力学性能。

在一些实施例中，所述辙叉用钢按质量百分比计包含0.26～0.35％的C、0.002～0.006％的S、0.03～0.10％的V以及40～70ppm的N。为了应对本发明针对大断面钢坯进行大压缩比轧制的方案，有必要提升钢的强度和延展性，因此本发明通过采取0.26～0.35％的C以及0.002～0.006％的S的成分设计来分别改善强度和延展性。进一步地，本发明通过添加0.03～0.10％的V以及40～70ppm的N来阻碍晶粒长大，进一步促进晶粒细化。

在一些实施例中，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.25～0.35％的C，0.70～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.006％的S，0.30～1.70％的Cr，0.10～0.60％的Mo，0.002～0.70％的Ni，0.03～0.10％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

在一些实施例中，步骤S1中，浇铸过程中的过冷度为20～40℃。通过控制过冷度，可以使S夹杂物等在钢中均匀弥散，防止夹杂物聚集成较大的夹杂物而影响钢的性能。

在一些实施例中，步骤S2中，在1250～1300℃进行加热，加热时间为200～500min。在一些实施例中，步骤S3中，轧制过程温度为1000～1150℃。以上加热温度和轧制温度有利于保证轧制过程更为容易地进行。

步骤S4中进行回火有利于保证钢的韧性，在一些实施例中，回火温度为200～300℃，回火时间为48～96h。

在一些实施例中，浇铸全程进行保护浇铸。

根据以上描述，为实现高质量贝氏体辙叉生产，本发明从冶炼偏析、夹杂物和奥氏体晶粒轧制变形等方法实现生产。根据上述方法生产的辙叉用钢的中心疏松小于等于1.5级，碳偏析指数为-0.96～1.04，A类非金属夹杂物小于等于1.5级，轨头心部抗拉强度大于等于1350MPa，断面收缩率大于等于45％，常温冲击大于等于60J，-40℃低温冲击大于等于30J，心部奥氏体晶粒尺寸小于等于100nm。通过对辙叉用钢表面机加工5～15mm后，耐磨性能和接触疲劳性能分别提高30％和50％，能够满足辙叉用钢的机加工和重载铁路服役要求。

下面根据具体的实施例进行说明。

表1示出本发明实施例采用的成分范围，对比例的成分情况与实施例类似。

表1实施例钢轨化学成分/％

实施例和对比例均采用相同的冶炼和加热工艺，冶炼浇铸为320*410mm大断面钢坯。钢坯均热段温度为1250～1300℃，保温时间为200～500min。

实施例和对比例采用不同的轧制工艺，表3示出轧制工艺情况。

表3实施例和对比例轧制工艺

实施例和对比例钢轨冷却、矫直加工后，采用相同的回火工艺：回火温度为200～400℃，回火时间为48～96h。

实施例和对比例按照YB/T 153-2015《连铸方坯酸洗、评级》要求，对贝氏体辙叉用钢钢坯进行铸坯低倍酸洗评级，评级结果如表3所示。对贝氏体辙叉踏面下0～30mm，每隔5mm进行钻孔取样，分析碳偏析指数，结果如表3所示。

实施例和对比例按照TB/T 2344《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》要求，分别进行A类非金属夹杂物取样及评级、轨头心部拉伸性能取样及检验，冲击试样取样及检验，奥氏体晶粒度试样取样及检验。检验结果如表4所示。

表4实施例和对比例贝氏体辙叉夹杂物、拉伸性能、冲击及奥氏体晶粒检验结果

结合表1至表4，对比例的浇铸工艺、轧制工艺的相关参数不在预定范围内，导致对比例的心部奥氏体晶粒尺寸比实施例要大，并且拉伸性能和冲击性能也不同程度地比实施例要小，同时A类夹杂物级别比实施例要高。

通过对辙叉用钢表面机加工5～15mm后，耐磨性能和接触疲劳性能分别提高30％和50％，满足辙叉用钢的机加工和重载铁路服役要求。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。