本发明涉及一种铁路和矿山用强度为110公斤/毫米2级特级耐磨合金钢轨及其生产方法。 钢轨是铁路上部建筑的主要构件之一。根据使用条件，钢轨必须具备足够的耐磨、耐压和耐疲劳性能。目前钢轨普遍存在的最严重的问题是材质不耐磨、不耐压，特别是使用在曲线上的钢轨，外线严重侧面磨损，内线轨头压宽，使轨距出现超差现象，不仅增加了维修工作量，而且影响行车安全。研究结果表明，钢轨的使用性能主要是随着强度的提高而得到改善，因此可以用提高强度的方法使钢轨承担更为严峻的工作条件。但是由于抗拉强度为90公斤/毫米2级的碳锰钢轨的组织已经达到了共析组织，不能再提高钢轨的强度。为此国内外采用两种途径：一种是通过对钢轨的热处理以改善钢轨的性能;另一种是加入合金元素来进一步强化钢的组织。在国外很多国家都结合本国的资源和来源研制了含有不同合金的特级耐磨钢轨，如美国以发展Cr-Mo系和Cr-Mo-V系为主;西德研制Cr-V和Mn-Cr-Mo-V多种合金钢轨;英、法、日、苏和加拿大等国亦均以Cr为主再添加其他Mn、Mo、V等元素。国外几乎凡不含有Cr的钢轨其强度均达不到110公斤/毫米2。
美国专利201620d介绍其强度为110公斤/毫米2合金钢轨成分重量百分数是：Fe97～98%，C0.70～0.80%，Mn0.50～0.70%，Cr0.50～0.70%，Mo0.20～0.30%，V0.10%。
西德克虏伯T（FriedkruPP）提供的成分是：C0.65～0.80%，Si0.30～0.90%，Mn0.80～1.30%，Cr0.70～1.20%。
实践证明，含铬、钼、钒的特级耐磨钢轨是成功的，这对于美、苏等铬资源丰富的国家是适合地。但其缺点是铬、钼的价格昴贵。我国铬的资源缺乏，使钢轨的成本增加较多。
众所周知，硅是资源最丰富而且价格最低廉的元素，锰的价格也比较便宜，因此采用硅、锰作为加入元素是一种适合国情的选择。
随着铁路货运强度的增加，要求车辆的轴重和行车速度必须与之相适应，尤其在小半径曲线地段急需铺设特级耐磨合金钢轨。
本发明的目的在于提供一种化学成分资源丰富，制造成本低而综合性能好，极限强度可达到110公斤/毫米2以上的特级耐磨合金钢轨及其生产工艺方法。
本发明钢轨的化学成分按重量百分数含量为：C0.65～0.82%，Mn1.10～1.70%，Si0.80～1.65%，V0.06～0.15%，P、S≤0.04%，其余为铁和杂质。其中以C0.72～0.80%，Mn1.20～1.55%，Si1.20～1.45%，V0.08～0.12%为好。优先推荐的最佳配比为：C0.76%，Mn1.38%，Si1.25%，V0.10%，P、S≤0.04%。
与国外合金钢轨的合金元素含量相比，本发明大胆采用高硅、高锰且加入一定量的钒的方法以强化钢的组织，提高钢轨的性能，形成硅锰钒合金系列。一般来说，钢轨钢中锰含量过高会使钢轨对白点敏感，易造成钢轨缺陷，当硅含量超过1.0%时，钢的塑韧性呈下降趋势，降低钢轨的性能。碳来源于铁水，硅、锰、钒是作为合金元素加入的。
本发明钢轨除严格按普通钢轨的现行生产工艺操作外，要求脱氧剂进行烘烤。炉前采用硅锰合金和锰铁脱氧。炉后加硅铁、铝和钒铁。采用含钙和铝总量小于1.50%的硅铁，一部分于出钢前放在罐底，另一部分在出钢过程中加入。出钢温度控制在1590～1605℃。
钢锭脱模后在热状态下装入均热炉，炉内保持还原性火焰，加热温度按高碳钢，加热时间按低合金钢。钢锭在炉中待轧时间不超过一小时。
钢坯的加热制度按高矽轨冷坯进行，均热时间不少于40分钟。开轧温度为1100～1150℃。
本发明钢轨由于不使用Cr、Mo等稀缺贵重金属而采用价格低廉的Si、Mn元素，因而大大降低了钢轨的成本。由于Si、Mn、V、C的最理想配比、既达到了钢的基体组织为细小的层片状珠光体，又保证不出现过共析，晶粒周界没有自由渗碳体，使钢轨的极限强度达到了119公斤/毫米2且综合性能较好，提高了使用的可靠性。
硅锰钒特级耐磨合金钢轨性能：
机械性能冲击值kg.M/Cm2δs（kg/mm2)δb（kg/mm2)δ5(%)ψ(%)室温0℃-20℃-40℃-60℃76.30119.09.024.501.3700.700.500.500.50
硬度（HB）330，断裂韧性（K1C）120。
疲劳极限（T）37.50
本发明钢轨铺设于R＝120米的变道上使用21个月后经测定其垂直磨耗为仅0.743毫米，侧磨耗为0.33毫米。而辅设在相似变产上的中锰钢轨的垂直磨耗为2.230毫米，侧磨耗9.60毫米。可见硅锰钒特级耐磨钢轨比中锰轨耐磨性能提高三倍以上，特别适用于铁路或矿山运输中车辆轴重大，行车速度高的弯道上辅设使用，既减少了钢轨的更换次数，又减轻了维修工作量，而且保证了行车安全。