《耐海洋环境腐蚀的钢轨.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《耐海洋环境腐蚀的钢轨.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104060065A43申请公布日20140924CN104060065A21申请号201410333429222申请日20140714C21D8/00200601C22C38/4620060171申请人攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司地址617000四川省攀枝花市东区桃源街90号72发明人韩振宇邹明郭华李大东贾济海邓勇王春建袁俊陈崇木74专利代理机构成都希盛知识产权代理有限公司51226代理人柯海军武森涛54发明名称耐海洋环境腐蚀的钢轨57摘要本发明涉及一种钢轨材料，具体涉及耐海洋环境腐蚀的钢轨。本发明解决的技术问题是提供耐海洋环境腐蚀的钢轨，采用如下热处理方法制备得到将热。
2、轧后处于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为25/S，直到轨头踏面温度降至480以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120NM，钢轨成品的抗拉强度1200MPA，延伸率10。本发明钢轨耐海洋环境腐蚀，在海洋环境中腐蚀速率低于同等条件下碳素及普通微合金化钢轨的1/2，适宜于沿海地区大运量、轴重高的重载铁路应用。51INTCL权利要求书1页说明书7页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图1页10申请公布号CN104060065ACN10406006。
3、5A1/1页21耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于采用如下热处理方法制备得到将热轧后处于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为25/S，直到轨头踏面温度降至480以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120NM，钢轨成品的抗拉强度1200MPA，延伸率10。2根据权利要求1所述的耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于通过对钢轨的轨头踏面及轨头两侧施加冷却介质来进行加速冷却。3根据权利要求1所述的耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于，其化学成分由以下重量百分比的元素组成C071080、SI030080、MN。
4、080120、CR015035、V004012、CU030050、NICU含量的1/2、P003005、S0020，余量为FE和不可避免的杂质。4根据权利要求2所述的耐海洋环境腐蚀的钢轨，其特征在于所述冷却介质为压缩空气、水雾混合气或油气混合气。权利要求书CN104060065A1/7页3耐海洋环境腐蚀的钢轨技术领域0001本发明涉及一种钢轨材料，具体涉及耐海洋环境腐蚀的钢轨。背景技术0002钢轨作为引导列车运行并将载荷传递至道床的结构件，直接关系到铁路的运输效率和行车安全。由于铁路长期暴露于自然环境中，因而铁路用钢不仅要满足各项力学性能要求，还同时要具有一定的耐腐蚀性能。在钢轨服役过程中，不。
5、仅要承受各项复杂应力作用，还将面临因长期腐蚀导致的失效问题。我国东南沿海铁路密集，行车密度大，通过总重高，由于长期在海洋环境中服役，钢轨锈蚀严重，在确保所需力学性能的基础上适当提高钢轨的耐腐蚀性能，使其至少满足一个大修周期的要求，避免因腐蚀问题提前更换下道将是今后亟待解决的问题。0003研究表明，提高钢轨的耐腐蚀性能通常有以下三种方法一是表层涂覆耐腐蚀液态材料，通过在钢轨表层人为覆盖一层与基体隔离的薄膜，避免钢轨基体与空气或其它介质接触，提高钢轨耐腐蚀性能；二是通过牺牲阳极提高钢轨的耐腐蚀性能；三是通过向普通碳素轨中添加CU、CR、NI等耐腐蚀元素，提高钢轨基体的耐腐蚀性能。前述两种方法的耐腐。
6、蚀原理与本发明有本质不同，对于第三种方式，是目前国内外的重点研究方向。0004申请号为2010100342000的专利公开了一种具有优良强韧性能抗疲劳性能和耐磨性能耐蚀重轨钢，其基本合金体系中合金元素的重量百分含量为C055072、SI03511、MN07140、CR02065、CU02065，余量为FE，在上述基本成分基础上，同时添加一种或几种微合金元素NB、V、TI、NI、MO，其中NB0010055、V005010、TI0001005；NI0103、MO01503。该专利采用了在现有碳素钢轨钢的基础上添加CR、CU等廉价耐腐蚀合金元素的方式提高钢轨的耐腐蚀性能；同时，根据性能的需要添加V。
7、、NB、TI等合金元素，依据添加量不同在钢中发挥固溶或析出强化作用，最终提高钢轨的强韧性。研究表明，在低碳或超低碳钢中添加CR、CU、NI等元素同时增加提高耐腐蚀性能显著的P元素含量，可以在原有碳素钢的基础上显著提高耐大气及海洋环境性能，如我国早期研制的09CUPTIRE、09CUPCRNI耐候钢等。对于如钢轨等高碳钢，添加CR、CU、NI元素对于组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响与低碳钢有类似之处，同时也存在明显不同。首先，CR含量是目前钢轨钢普遍采用的强化元素，提高CR含量不仅对强韧性提高显著，同时也能够提高耐腐蚀性能；添加02065的CU以及根据需要添加0103的NI能够略微提高钢轨的强硬。
8、度指标而不损失韧塑性；对于耐腐蚀性能，如钢中P含量0025，其对提高钢轨耐腐蚀性能的贡献有限。同时，CU含量超过05以后，还将引起焊接性能特别是铝热焊冲击韧性的恶化并增加铜脆的倾向性，不利于钢轨的服役安全。此外，该专利中碳含量上限为072，并且采用热轧态钢轨直接上道应用，钢轨强度级别较低，仅能满足高速及普通客货混匀铁路需要，难以满足大轴重、大运量重载铁路运输需求。因此，亟需一种耐海洋环境腐蚀的热处理钢轨满足铁路发展需要。说明书CN104060065A2/7页4发明内容0005本发明解决的技术问题是提供耐海洋环境腐蚀的钢轨。0006本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨，采用如下热处理方法制备得到将热轧后处。
9、于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为25/S，直到轨头踏面温度降至480以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120NM，钢轨成品的抗拉强度1200MPA，延伸率10。0007其中，加速冷却可以通过对钢轨的轨头踏面及轨头两侧施加冷却介质来进行。0008进一步的，本发明的钢轨化学成分优选由以下重量百分比的元素组成C071080、SI030080、MN080120、CR015035、V004012、CU030050、NICU含量的1/2、P003005、S0020，余量为FE和不可避免的杂质。。
10、更优选由以下重量百分比的元素组成C077、SI080、MN112、P0042、S0012、CR035、CU050、NI025、V009，余量为FE和不可避免的杂质。0009本领域常用的冷却介质均适用于本发明，优选为介质为压缩空气、水雾混合气或油气混合气。0010本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨的化学成分优选为含有030050的CU、CU含量1/2的NI以及003005的P。0011CU含量优选控制在030050。当钢中CU含量020，作为钢中提高耐腐蚀性能最重要的元素，无法发挥相应作用，进而达到本发明提高钢轨耐腐蚀性能的目的；当钢中CU含量050，一方面，如在强氧化气氛中较长时间高温加热及保温时，由。
11、于FE的选择性氧化，在岗的表层氧化皮与基体界面将富集一层熔点低于1100的富CU相，并沿奥氏体晶界渗透，将使钢坯以及轧制后的钢轨产生表层裂纹或角裂；另一方面，通过焊接模拟实验证实，CU含量提高后将显著恶化钢轨的焊接性能特别是铝热焊的冲击韧性，不利于钢轨接头的服役安全性。0012NI含量优选为CU含量的1/2。在含CU钢中添加NI，能够提高CU在奥氏体中的溶解度，在含CU钢中加入一定量的NI，能够防止CU脆现象的发生,同时可进一步提高钢轨的耐腐蚀性能，由于NI为昂贵合金元素，适宜的含量为CU含量的1/2，即NI在钢中的作用除提高耐腐蚀性能外，主要用于减轻CU含量提高对钢轨部分性能的危害。0013。
12、对于钢中的P元素，则是耐腐蚀钢材中作用仅次于CU的最重要的耐腐蚀元素，P在钢中提高耐大气腐蚀方面有着特殊的作用，主要表现为P促使非晶态锈层的形成并改善锈层结果，提高致密度及和钢表面的粘结性、增强与大气隔离方面有着独特的效应有关。钢中适量的CU和P同时添加到钢中，其复合耐腐蚀作用更加显著。因此，对于耐腐蚀钢中的P含量，一般不宜超过010。然而，P提高耐腐蚀性能的同时也带来了脆性增加、韧塑性特别是冲击韧性降低的危害，在钢轨等高碳钢中十分明显。研究表明，既要发挥P对提高耐腐蚀性能的有益作用，又要降低因脆性导致服役风险的增加，优选的P含量控制在003005为宜，如P含量低于003，钢轨在大气环境中的耐。
13、腐蚀性能无法有效提高；如P含量高于005，钢轨脆性过大，无法满足服役要求。说明书CN104060065A3/7页50014本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨可采用如下方法制备采用转炉或电炉冶炼含所述化学成分的钢水，经炉外精炼、真空脱气处理，连铸为大方坯后送入加热炉加热并保温，采用孔型法或万能法轧制成单重5075KG/M钢轨后进行热处理，可得耐海洋环境腐蚀的钢轨。0015本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨，其显微组织为由片状铁素体和期间交替分布的渗碳体组成的珠光体，片间距不超过120NM；具有良好的力学性能，抗拉强度1200MPA、延伸率10；耐海洋环境腐蚀，在海洋环境中腐蚀速率低于同等条件下碳素及普通微合金化。
14、钢轨的1/2，适宜于沿海地区大运量、轴重高的重载铁路应用。附图说明0016图1是本发明实施例1耐海洋环境腐蚀的钢轨的显微组织照片。具体实施方式0017本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨，采用如下热处理方法制备得到将热轧后处于奥氏体相区的钢轨进行加速冷却，冷却速度为25/S，直到轨头踏面温度降至480以下时，停止加速冷却，空冷至室温，得到钢轨成品；所述钢轨成品的显微组织为由片状铁素体和其间交替分布的渗碳体组成的珠光体，珠光体片间距不超过120NM，钢轨成品的抗拉强度1200MPA，延伸率10。0018其中，加速冷却可以通过对钢轨的轨头踏面及轨头两侧施加冷却介质来进行。0019进一步的，本发明的钢轨化学成。
15、分优选由以下重量百分比的元素组成C071080、SI030080、MN080120、CR015035、V004012、CU030050、NICU含量的1/2、P003005、S0020，余量为FE和不可避免的杂质。更优选由以下重量百分比的元素组成C077、SI080、MN112、P0042、S0012、CR035、CU050、NI025、V009，余量为FE和不可避免的杂质。0020本领域常用的冷却介质均适用于本发明，优选为介质为压缩空气、水雾混合气或油气混合气。0021本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨的化学成分优选为含有030050的CU、CU含量1/2的NI以及003005的P。0022CU含量。
16、优选控制在030050。当钢中CU含量020，作为钢中提高耐腐蚀性能最重要的元素，无法发挥相应作用，进而达到本发明提高钢轨耐腐蚀性能的目的；当钢中CU含量050，一方面，如在强氧化气氛中较长时间高温加热及保温时，由于FE的选择性氧化，在岗的表层氧化皮与基体界面将富集一层熔点低于1100的富CU相，并沿奥氏体晶界渗透，将使钢坯以及轧制后的钢轨产生表层裂纹或角裂；另一方面，通过焊接模拟实验证实，CU含量提高后将显著恶化钢轨的焊接性能特别是铝热焊的冲击韧性，不利于钢轨接头的服役安全性。0023NI含量优选为CU含量的1/2。在含CU钢中添加NI，能够提高CU在奥氏体中的溶解度，在含CU钢中加入一定量。
17、的NI，能够防止CU脆现象的发生,同时可进一步提高钢轨的耐腐蚀性能，由于NI为昂贵合金元素，适宜的含量为CU含量的1/2，即NI在钢中的作用除说明书CN104060065A4/7页6提高耐腐蚀性能外，主要用于减轻CU含量提高对钢轨部分性能的危害。0024对于钢中的P元素，则是耐腐蚀钢材中作用仅次于CU的最重要的耐腐蚀元素，P在钢中提高耐大气腐蚀方面有着特殊的作用，主要表现为P促使非晶态锈层的形成并改善锈层结果，提高致密度及和钢表面的粘结性、增强与大气隔离方面有着独特的效应有关。钢中适量的CU和P同时添加到钢中，其复合耐腐蚀作用更加显著。因此，对于耐腐蚀钢中的P含量，一般不宜超过010。然而，P。
18、提高耐腐蚀性能的同时也带来了脆性增加、韧塑性特别是冲击韧性降低的危害，在钢轨等高碳钢中十分明显。研究表明，既要发挥P对提高耐腐蚀性能的有益作用，又要降低因脆性导致服役风险的增加，优选的P含量控制在003005为宜，如P含量低于003，钢轨在大气环境中的耐腐蚀性能无法有效提高；如P含量高于005，钢轨脆性过大，无法满足服役要求。0025本发明耐海洋环境腐蚀的钢轨可采用如下方法制备采用转炉或电炉冶炼含所述化学成分的钢水，经炉外精炼、真空脱气处理，连铸为大方坯后送入加热炉加热并保温，采用孔型法或万能法轧制成单重5075KG/M钢轨后进行热处理，可得耐海洋环境腐蚀的钢轨。0026下面结合实施例对本发明。
19、的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。0027实施例10028耐海洋环境腐蚀的钢轨，其化学成分为C071、SI069、MN092、CR020、V008、CU038、NI020、P0030、S0015，余量为FE和不可避免的杂质。0029采用转炉或电炉冶炼含上述成分的钢水，经炉外精炼、真空脱气处理，连铸为大方坯后送入加热炉加热并保温，采用孔型法或万能法轧制成单重5075KG/M钢轨，利用钢轨余热，分别对钢轨的轨头踏面及轨头两侧施加28/S的冷却介质，当轨头踏面温度降至465时停止加速冷却并空冷至室温。0030将上述方法制备的钢轨进行显微组织、珠光体片层间距、常。
20、温拉伸性能及周期浸润加速腐蚀试验测试，0031其中，周期浸润加速腐蚀试验条件如下0032温度452；0033湿度705RH；0034每一个循环周期603MIN，其中，浸润时间1215MIN；0035循环次数100次；0036烘烤后试样表面最高温度7010；0037溶液质量分数为2的NACL溶液。0038试验结束后，取出试样，流动水冲洗并自然过夜干燥后，称重。0039根据GB/T165451996对试样表面的腐蚀产物进行清除。根据公式RCORRM/AT计算腐蚀速率。其中，M为失重量，单位是G；A为试样表面面积，单位为M2，T为腐蚀时间，单位为H，每种工艺下每组成分试样3片，计算平均腐蚀速率。其性。
21、能见表3。0040实施例2实施例60041改变实施例1中的钢的化学成分及其热处理过程参数，进行实施例2实施例6。说明书CN104060065A5/7页70042表1列出了实施例16的钢坯的化学成分，表2列出了实施例16的热处理过程控制参数包括加速冷却速率和终冷温度，表3列出了实施例16的性能测试结果包括显微组织、珠光体片间距、抗拉强度RM、延伸率A与腐蚀速率。0043对比例1对比例60044采用现有技术的钢轨化学成分进行热处理，其化学成分见表1，其中，对比例1和2为已有专利2010100342000公开的化学成分，对比例3和4为添加CR、NI、CU、V，未提高P含量的复合微合金化成分，对比例5。
22、为我国铁标中U75V热处理钢轨、对比例6为我国铁标中U71MN热处理钢轨。0045采用本发明的热处理方法处理对比例1对比例6所述化学成分的钢轨，表2列出了对比例1对比例6的热处理过程参数包括加速冷却速率和终冷温度。然后按照实施例1中的方法进行性能测试，其结果见表3。0046表1本发明实施例及对比例钢轨的化学成分00470048表2本发明实施例和对比例的热处理过程控制参数0049编号加速冷却速率/S终冷温度实施例1A128465实施例2A220477说明书CN104060065A6/7页8实施例3A336480实施例4A450442实施例5A542471实施例6A648456对比例1D12846。
23、8对比例2D220476对比例3D336482对比例4D450443对比例5D542468对比例6D6484510050表3本发明实施例和对比例钢轨的性能00510052实施例及对比例测试结果表明，同等热处理工艺条件下，钢轨钢的显微组织均为珠光体，部分试样包含微量铁素体；实施例中珠光体片间距分布在95112NM之间，细化说明书CN104060065A7/7页9效果显著，抗拉强度均1200MPA，同时延伸率10，具有良好的强韧性配合。本发明实施例在2NACL溶液中平均腐蚀速率在07080840G/M2H之间，采用已有专利公开的对比例D1、D2钢轨钢的腐蚀速率分别为1708G/M2H、1589G/M2H，采用与本发明成分相近但钢中P含量为残余的D3、D4钢的腐蚀速率在1707G/M2H、1965G/M2H，而目前我国铁路广泛应用的D5U75V钢轨、D6U71MN钢轨的腐蚀速率分别为2039G/M2H、2106G/M2H，表明采用本发明所述方法制造的钢轨在海洋环境下的相对腐蚀速率低于碳素及普通微合金钢的1/2，钢轨具有优异强韧性配合的同时具有优良的耐海洋环境腐蚀性能，适宜于沿海地区大运量及重载铁路应用。说明书CN104060065A1/1页10图1说明书附图CN104060065A10。