一种提高钢轨低温断裂韧性的方法以及所得钢轨及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及制钢领域，具体地，涉及一种提高钢轨低温断裂韧性的方法，以及根据 该方法得到的钢轨及其应用。
【背景技术】
[0002] 随着铁路运输事业的快速发展，大运量、高轴重、高密度的铁路运输模式已初步形 成。在愈加苛刻的线路条件下，铁路钢轨及钢轨的伤损问题日益突出。不仅是实现铁路连 接和交叉的重要设备，而且还是影响线路运行效率和行车安全的关键环节。钢轨在线路使 用过程当中承担着由列车车轮传来的动力荷载，在长时间的交变应力作用下，钢轨断裂破 坏的倾向增大。尤其是在低温下，钢轨材质变脆，更容易发生脆性断裂破坏。近年来我国在 寒冷地区的铁路建设大规模展开，如青藏铁路工程中，钢轨所处最低环境温度已达_45°C。 因此，现有方法难以有效满足钢轨的生产要求，亟需一种高性能钢轨的乳制及处理方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的钢轨在低温环境下断裂韧性较低的缺陷，提供一 种提高钢轨断裂韧性的方法以及该方法得到的钢轨。本发明的钢轨在保证钢轨强度的同时 提高了钢轨的断裂韧性，能更好地用于高寒地区的铁路。
[0004] 本发明提供了一种提高钢轨断裂韧性的方法，该方法包括将乳制后所得钢轨的 轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位进行加速冷却处理，所述加速冷却的开冷温度为 650-900°C，冷却速度为1_5°C/s，终冷温度为400-500°C。
[0005] 本发明还提供了根据本发明的方法得到的钢轨。
[0006] 本发明另外提供了本发明的钢轨在高寒地区的铁路上的应用。
[0007] 本发明的发明人在深入研究的过程中发现，对乳制后的钢轨进行特定的处理可 以使钢轨的金相组织发生一定程度的变化从而能够大大地提高钢轨的断裂韧性，具体地， 本发明的发明人发现，利用乳制后的钢轨的乳制余热，以1-5°C/s的冷却速度将钢轨从 650-900°C冷却至400-500°C，能够使所得钢轨在保证钢轨强度的同时实现在_20°C下的断 裂韧性达到35MPa·m°·5以上，抗拉强度大于1300MPa，钢轨具有良好的强韧性匹配，使用过 程中滚动接触疲劳性能和耐磨损性能良好，适用于高寒地区铁路用钢轨。
[0008] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0009] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0010] 本发明提供了一种提高钢轨断裂韧性的方法，该方法包括将乳制后所得钢轨的 轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位进行加速冷却处理，所述加速冷却的开冷温度为 650-900°C，冷却速度为1_5°C/s，终冷温度为400-550°C。
[0011] 在本发明中，优选地，所述加速冷却的开冷温度为650-820°C，冷却速度为l-4°c/ s，终冷温度为400-550 °C。
[0012] 在本发明中，由于钢轨的轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位的形状结构的 不同，它们在冷却的过程中会呈现出不同的冷却速度，该不同的冷却速度均应当落在1_5°C 的范围内，本发明所述的开冷温度和终冷温度的测定均以轨头踏面中心的温度为基准。
[0013] 在本发明中，所述钢轨的轨头踏面中心、轨头两侧和轨底中心部位所指的具体位 置为本领域常规所指的位置，是本领域技术人员所公知的，例如，所述轨头踏面中心所指的 区域为以轨头踏面上，沿钢轨延长方向的中心线为中心线，宽度为轨头踏面宽度的约三分 之一的区域；所述轨头两侧指的是轨头部位的两侧位置；所述轨底中心所指的区域为在于 铁路轨枕接触的轨底面上，与轨头踏面中心区域大致对应的区域。
[0014] 在本发明中，所述加速冷却的冷却介质没有特别的限定，使用本领域常规的 冷却介质即可，例如可以为压缩空气和/或水雾混合气，其中所述水雾混合气可以为 0. 1-0. 2MPa的风压配合200-350L/h的水量混合喷出的水雾混合气。
[0015] 本发明的处理方法可以用于任何常规成分的钢轨并且均可以提高其断裂韧性。 本发明的发明人发现，特定化学成分的钢轨能够具有相对于其他化学成分的钢轨更好的 断裂韧性并且能够更适于本发明的处理方法，这种特定化学成分的钢轨例如为，以钢轨的 总重量为基准，所述钢轨的化学成分可以包括〇. 1-1. 2重量％的C、0. 1-1. 2重量％的Si、 0. 5-2. 5重量％的Μη、彡0. 025重量％的P、彡0. 025重量％的S以及95. 05-99. 3重量％ 的Fe;优选地，以钢轨的总重量为基准，所述钢轨的化学成分包括0. 72-0. 76重量％的C、 0. 35-0. 38重量％的Si、0. 95-0. 99重量％的Μη、彡0. 012重量％的P、彡0. 011重量％的S 以及97. 85-97. 98重量％的Fe。另外还可以含有0. 04-0. 1重量％的V和/或0. 03-0. 05 重量％的A1。
[0016] 在本发明中，所述钢轨的钢材的冶炼过程没有特别的限定，按照常规的冶炼方法 进行即可，例如，在所述钢轨的钢材冶炼过程中，入炉铁水的S含量较低，可以< 0. 015重 量％，优选< 0. 009重量％ ;所用精炼渣为高碱度精炼渣，其碱度优选为3-5,例如为三氧化 二铝、氧化钡和氟化钙的混合物，优选其中A1203的含量为20-25重量％，BaO的含量为8-12 重量％，0&&的含量为3-8重量％ ;使用增碳剂，所用增碳剂为无烟煤和低N合金；在LF炉 加热过程中使用发泡剂。
[0017] 在本发明中，所述钢轨在冶炼得到钢液之后的铸造过程没有特别的限定，例如，铸 造过程可以包括：将冶炼所得钢液浇铸成钢坯，将该钢坯缓冷至室温，接着送入加热炉加热 并保温，然后进行乳制。
[0018] 在本领域中，现有技术通常浇铸得到的钢坯之后利用钢坯的余热（通常大于 1200°C)直接进行乳制，或者在加热炉中在大于1200°C的温度下保持一段时间后进行乳 制。而本发明的发明人发现，先将浇铸所得钢坯缓冷至室温（通常为15-30°C)再送入加热 炉中加热能够在一定程度上提高所得钢坯的断裂韧性，所述缓冷的速度没有特别的限定， 例如可以为0. 5-1. 5°C/min，优选为0. 72-1. 02°C/min。本发明的发明人还发现，所述在加 热炉中加热的温度不宜过高，例如加热炉加热的出钢温度为900-1180°C时所得的钢坯的断 裂韧性要好于现有技术使用大于1200°C的出钢温度。所述送入加热炉并保温的过程能够使 得钢坯金相组织转化为奥氏体组织并使奥氏体组织均匀化，优选地，所述加热炉加热的加 热速度为2-12°C/min，优选为5· 5-6. 8°C/min，终止温度（即出钢温度）为900-1180°C，优 选为1000-1100 °C，保温时间为27-60分钟，优选为27-40分钟。
[0019] 在本发明中，所述浇铸的过程可以在全程保护下进行，以防止与空气接触吸入过 多的N。
[0020] 本发明还提供了根据本发明的方法得到的钢轨。本发明的钢轨在保证钢轨强度的 同时显著提高了钢轨的断裂韧性，尤其在低温下具有非常优异的断裂韧性，通常地，本发明 的钢轨在-20°C下的断裂韧性能够达到35MPa·ι/5以上，抗拉强度能够大于1300MPa，钢轨 具有良好的强韧性匹配，使用过程中滚动接触疲劳性能和耐磨损性能良好，适用于高寒地 区铁路用钢轨。
[0021] 本发明另外提供了本发明的钢轨在高寒地区的铁路上的应用。
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