CN101624683B - 一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法 - Google Patents
一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101624683B CN101624683B CN2009100635812A CN200910063581A CN101624683B CN 101624683 B CN101624683 B CN 101624683B CN 2009100635812 A CN2009100635812 A CN 2009100635812A CN 200910063581 A CN200910063581 A CN 200910063581A CN 101624683 B CN101624683 B CN 101624683B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- ultra
- high strength
- rail
- rail steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明涉及一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法。所采用的技术方案是：铸坯的化学组分是：C为0.20～0.50wt％，Si为1.10～1.70wt％，Mn为1.60～2.40wt％，Cr为1.00～1.60wt％，Mo为0.10～0.60wt％，Al为0.05～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。经炼钢和精炼后，进行模铸或连铸；将铸坯在1150～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，冷却；在850～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.6小时；然后在300～600℃条件下于氮气气氛中保温2.0～6.0小时，冷却，或在上述气氛、温度和8～12T的强磁场条件下保温0.2小时～1.0小时。本发明具有成本低廉和工艺简单的特点，所制备的钢板性能优良。
Description
技术领域
本发明属于超高强度钢技术领域。尤其涉及一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法。
背景技术
目前研究的钢轨钢有铁素体轨钢、珠光体钢轨钢、索氏体钢轨钢、奥氏体钢轨钢、贝氏体钢轨钢。对继续改进钢轨的内部和表面质量、提高钢轨的强韧性以适应重载高速铁路的要求有了很大发展趋势。对钢轨钢的强度、硬度、缺口冲击韧度和抗弹极限都有了极大的提高，但也存在如下问题：
(1)对铁素体轨钢而言，含碳量低，钢轨钢的含碳量低于共析成分，但其含锰量远高于碳钢，其金相组织为铁素体加珠光体，强度很低，耐磨性能差，近年随着运量和轴重的增加，钢轨磨损严重，且钢轨常发生脆断。如“铁素体钢及其生产方法和用途”(CN1190997)、“铁素体钢合金”(CN1688734)、“高韧性高强度铁素体钢及其生产方法”(CN1410585)、“颗粒碳化物增强铁素体钢及其制备方法”(CN101041881)、“抗蠕变的铁素体钢”(CN101384743)等专利技术。
(2)对珠光体钢轨钢而言，钢轨的寿命还是不尽人意，尤其是曲线上的钢轨和重载线路上的钢轨的磨耗及剥离等损伤，也存在脆性和断裂韧性低的问题。如“耐磨性优良的珠光体类钢轨及其制造方法”(CN1140473)、“一种超细珠光体高强度轨道钢及其制备方法”(CN1884606)、“珠光体类热处理钢轨及其生产方法”(CN1793403)、“一珠光体类高强度低合金钢轨钢及其生产方法”(CN1793402)等专利技术。
(3)对奥氏体钢轨钢而言，钢轨在加工硬化条件下能显示出非常高的耐磨性，为珠光体钢轨钢的5倍，但处理工艺复杂，塑韧性不好，脆性大，钢轨钢仅用来制造道岔、道口等。如“高硅锰系奥氏体钢的制造方法”(CN85108344)、“低镍奥氏体钢”(CN1351674)、“一种高强度奥氏体钢晶粒细化方法及等径角挤压变形模具”(CN1587422)、“低镍的奥氏体钢的应用”(CN1495281)、“生产铁-碳-锰奥氏体钢板材的方法和如此生产的板材”(CN101263233)等专利技术。
(4)对马氏体钢轨钢而言，强度和硬度很大，但塑性和韧性很差，工艺复杂。如“一种热成型马氏体钢”(CN101275200)、“一种超高强度热成型马氏体钢”(CN101270453)、“抗拉强度高于1000MPa的热轧马氏体钢板及其制造方法”(CN101008066)、“热轧超高强度马氏体钢及其制造方法”(CN101041879)、“一种热成型马氏体钢”(CN101275200)等专利技术。
(5)对于不热处理或少热处理的空冷贝氏体钢轨钢而言，组织为贝氏体/马氏体复相组织，断裂韧性低于相同屈服强度下的回火马氏体，强度不是特别高，韧性也不是特别优良。如“中低碳锰系空冷贝氏体钢”(CN1477226)、“中碳及中高碳锰系空冷贝氏体钢”(CN1477225)、“多元微合金化空冷贝氏体钢”(CN1189542)、“高强韧性高淬透性空冷贝氏体钢”(CN1078269)、“中碳空冷锰硼贝氏体钢”(CN86103008)、“中高碳空冷锰硼贝氏体钢”(CN86103009)、“低碳空冷粒状贝氏体钢”(CN85100080)等专利技术。
(6)对于一般的(超)低碳贝氏体钢轨钢而言，碳含量不高，主要合金元素Si、Mn、Cr、Mo含量少，贝氏体转变温度高，该技术中合金Al含量很少或没有，贝氏体转变时间很长，生产过程复杂、环节多、生产成本高；韧、塑性良好，但强度一般不超过1500MPa。如“低碳贝氏体钢及其制备方法”(CN101104906)、“一种超高强度超低碳贝氏体钢的制备方法”(CN1916195)、“焊接部接合性优良的贝氏体钢钢轨及其制造方法”(CN1211633)、“一种超低碳贝氏体钢及其生产方法”(CN1521285)、“高强高韧性贝氏体钢”(CN1036231)、“具有高抗表面疲劳损伤性和高耐磨性的贝氏体钢钢轨”(CN1255949)、“抗磨损、高强韧性准贝氏体钢轨及其制造方法”(CN1510156)等专利技术。
由上述分析可以看出：
各种钢轨钢都为高强度级别，超高强度级别则未见涉及；各种钢轨钢采用贵重合金元素Ni或者Ti等，合金成本高；各种钢轨钢的强度、韧性与延伸性能很难同时匹配；各种钢轨钢的制造与加工工艺复杂。
发明内容
本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺简单、性能优良的超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：或将铁水、或将废钢、或将铁水和废钢经炼钢和精炼后，进行模铸或连铸，热轧与热处理。
铸坯的化学成分及其含量是：C为0.20～0.50wt％，Si为1.10～1.70wt％，Mn为1.60～2.40wt％，Cr为1.00～1.60wt％，Mo为0.10～0.60wt％，Al为0.05～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中：Si、Mn、Cr、Mo和Al在的铸坯中的含量之和小于5.00wt％。
热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.6小时；然后在300～600℃条件下于氮气气氛下保温2.0～6.0小时，随炉冷却至室温，或在300～600℃、氮气气氛和8～12T的强磁场条件下保温0.2小时～1.0小时，随炉冷却至室温。
由于采用上述技术方案，本发明是以价格低廉的Si、Mn、Cr元素为主，只有少量的Mo、Al等元素，故成本低廉；用轧制+正火+淬火的热轧与热处理的工艺，工艺简单。
本发明制造的超高强度贝氏体钢轨用钢的显微组织是纳米级的贝氏体铁素体板条为基体，弥散分布着残留奥氏体的超细组织。贝氏体铁素体为过饱和碳的固溶体，类似于马氏体组织，具有很高的强韧度和破断抗力；奥氏体为韧度相，分布在贝氏体铁素体板条上或板条之间，在受到外力作用下会发生塑性变形，吸收和消耗能量，延缓裂纹的扩展，对提高板材的韧度极其有利，应力作用较大时会发生相变诱发塑性效应(TRIP效应)，进一步提高了钢的强韧度。因碳的固溶强化、位错强化、贝氏体板条强化、诱发塑性强化等，贝氏体钢轨钢的力学性能在轧制态就可以达到较高的强度级别。经过简单的热处理和强磁场处理稳态强磁场能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等，可以加速贝氏体的转变，对贝氏体的组织和性能产生影响。从而得到抗拉强度为1500～2000MPa、硬度为520～610HV、延伸率为17～28％和断口韧性为20～30MPam1/2的超高强度贝氏体钢轨用钢。
由此，本发明具有化学成分简单、成本低廉和工艺简单的特点，所制造的钢轨用钢具有强度高、韧性高、抗疲劳、耐磨、耐侯和耐蚀等优异性能，广泛应用于高速、重载的钢轨及道岔以及其它类似高强度高韧性钢零部件的制造。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.35～0.50wt％，Si为1.40～1.70wt％，Mn为1.60～2.00wt％，Cr为1.30～1.60wt％，Mo为0.30～0.60wt％，Al为0.05～0.60wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。其中：Si、Mn、Cr、Mo和Al在铸坯中的含量之和小于5.00wt％。
将铁水经炼钢和精炼后，进行模铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1200～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～950℃条件下奥氏体化0.4～0.6小时；然后在氮气气氛和300～450℃条件下保温4.0～6.0小时，随炉冷却至室温。
本实施例所制造的超高强度贝氏体钢轨用钢：抗拉强度为1800～2000MPa；硬度为570～610HV；延伸率为21～24％；韧性为23～28MPam1/2。
实施例2
一种超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.35～0.50wt％，Si为1.40～1.70wt％，Mn为1.60～2.00wt％，Cr为1.30～1.60wt％，Mo为0.30～0.60wt％，Al为0.60～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。Si、Mn、Cr、Mo和Al在的铸坯中的含量之和小于5.00wt％。
将废钢经炼钢和精炼后，进行连铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1200～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～950℃条件下奥氏体化0.4～0.6小时；然后在300～450℃、氮气气氛和10～12T的强磁场条件下保温0.5小时～1.0小时，随炉冷却至室温。
本实施例所制造的超高强度贝氏体钢轨用钢：其抗拉强度可达1700～1900MPa；硬度可达550～590HV；延伸率可达17～20％；韧性可达20～25MPam1/2。
实施例3
一种超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.20～0.35wt％，Si为1.10～1.40wt％，Mn为2.00～2.40wt％，Cr为1.00～1.30wt％，Mo为0.10～0.30wt％，Al为0.05～0.60wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。Si、Mn、Cr、Mo和Al在的铸坯中的含量之和小于5.00wt％。
将铁水和废钢经炼钢和精炼后，进行连铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1200℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在950～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.4小时；然后在氮气气氛和450～600℃条件下保温2.0～4.0小时，随炉冷却至室温。
本实施例所制造的超高强度贝氏体钢轨用钢：抗拉强度为1600～1800MPa、硬度为540～580HV、延伸率为25～28％、韧性为24～29MPam1/2。
实施例4
一种超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法。铸坯的化学成分及其含量是：C为0.20～0.35wt％，Si为1.10～1.40wt％，Mn为2.00～2.40wt％，Cr为1.00～1.30wt％，Mo为0.10～0.30wt％，Al为0.60～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。Si、Mn、Cr、Mo和Al在的铸坯中的含量之和小于5.00wt％。
将铁水经炼钢和精炼后，进行模铸，热轧与热处理。热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1200℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在950～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.4小时；然后在450～600℃、氮气气氛和8～10T的强磁场条件下保温0.2小时～0.5小时，随炉冷却至室温。
本实施例所制造的超高强度贝氏体钢轨用钢：抗拉强度为1500～1700MPa；硬度为520～560HV；延伸率为21～24％；韧性为25～30MPam1/2。
本具体实施方式是以价格低廉的Si、Mn、Cr元素为主，只有少量的Mo、Al等元素，故成本低廉；用轧制+正火+淬火的热轧与热处理的工艺，工艺简单。
本具体实施方式制造的超高强度贝氏体钢轨用钢的显微组织是纳米级的贝氏体铁素体板条为基体，弥散分布着残留奥氏体的超细组织。贝氏体铁素体为过饱和碳的固溶体，类似于马氏体组织，具有很高的强韧度和破断抗力；奥氏体为韧度相，分布在贝氏体铁素体板条上或板条之间，在受到外力作用下会发生塑性变形，吸收和消耗能量，延缓裂纹的扩展，对提高板材的韧度极其有利，应力作用较大时会发生相变诱发塑性效应(TRIP效应)，进一步提高了钢的强韧度。因碳的固溶强化、位错强化、贝氏体板条强化、诱发塑性强化等，贝氏体钢轨钢的力学性能在轧制态就可以达到较高的强度级别。经过简单的热处理和强磁场处理稳态强磁场能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等，可以加速贝氏体的转变，对贝氏体的组织和性能产生影响。从而得到抗拉强度为1500～2000MPa、硬度为520～610HV、延伸率为17～28％和断口韧性为20～30MPam1/2的超高强度贝氏体钢轨用钢。
本具体实施方式具有化学成分简单、成本低廉和工艺简单的特点，所制造的钢轨用钢具有强度高、韧性高、抗疲劳、耐磨、耐侯和耐蚀等优异性能，广泛应用于高速、重载的钢轨及道岔以及其它类似高强度高韧性钢零部件的制造。
Claims (3)
1.一种超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法，其特征在于或将铁水、或将废钢、或将铁水和废钢经炼钢和精炼后，进行模铸或连铸，热轧与热处理；
铸坯的化学成分及其含量是：C为0.20～0.50wt％，Si为1.10～1.70wt％，Mn为1.60～2.40wt％，Cr为1.00～1.60wt％，Mo为0.10～0.60wt％，Al为0.05～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；
热轧与热处理的工艺是：先将铸坯在1150～1250℃条件下均热2.0～3.0小时，热轧，自然冷却；再将冷却后的钢板在850～1050℃条件下奥氏体化0.2～0.6小时；然后在300～600℃条件下于氮气气氛中保温2.0～6.0小时，随炉冷却至室温，或在300～600℃、氮气气氛和8～12T的强磁场条件下保温1.0小时～4.0小时，随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法，其特征在于所述的Si、Mn、Cr、Mo和Al在的铸坯中的含量之和小于5.00wt％。
3.根据权利要求1～2项中任一项所述超高强度贝氏体钢轨用钢的制造方法所制造的超高强度贝氏体钢轨用钢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100635812A CN101624683B (zh) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | 一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100635812A CN101624683B (zh) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | 一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101624683A CN101624683A (zh) | 2010-01-13 |
| CN101624683B true CN101624683B (zh) | 2011-09-07 |
Family
ID=41520673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100635812A Expired - Fee Related CN101624683B (zh) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | 一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101624683B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101921971B (zh) * | 2010-09-08 | 2013-03-13 | 北京特冶工贸有限责任公司 | 曲线和重载钢轨用贝氏体钢和贝氏体钢轨及其生产方法 |
| CN102601502B (zh) * | 2012-04-01 | 2014-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 纳米贝氏体钢的再纳米化焊接装置及方法 |
| CN103436663A (zh) * | 2013-08-09 | 2013-12-11 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种提高贝氏体钢轨用钢热轧态伸长率的工艺方法 |
| CN103993243B (zh) * | 2014-05-14 | 2016-08-24 | 东北大学 | 一种超高强度贝氏体钢板及其制备方法 |
| CN108018484B (zh) | 2016-10-31 | 2020-01-31 | 宝山钢铁股份有限公司 | 抗拉强度1500MPa以上成形性优良的冷轧高强钢及其制造方法 |
| CN108676987A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-10-19 | 武汉科技大学 | 一种含有纳米渗碳体高硅超级贝氏体钢的制备方法 |
| CN108754098A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-06 | 武汉科技大学 | 一种调控纳米结构贝氏体钢中碳分配的热处理方法 |
| CN109468428B (zh) * | 2018-12-17 | 2020-10-27 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种转炉控制高强韧重轨钢中磷含量的方法 |
| CN110468347B (zh) * | 2019-09-02 | 2021-07-06 | 鞍钢股份有限公司 | 一种高强韧性贝氏体钢轨及其制造方法 |
| CN111394661B (zh) * | 2020-04-30 | 2021-07-27 | 西京学院 | 一种低合金高强韧性马贝复相钢的制备工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1175980A (zh) * | 1995-01-20 | 1998-03-11 | 英国钢铁公司 | 改进的无碳化物贝氏体钢及其生产方法 |
| CN101225499A (zh) * | 2008-01-31 | 2008-07-23 | 上海交通大学 | 低合金超高强度复相钢及其热处理方法 |
-
2009
- 2009-08-11 CN CN2009100635812A patent/CN101624683B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1175980A (zh) * | 1995-01-20 | 1998-03-11 | 英国钢铁公司 | 改进的无碳化物贝氏体钢及其生产方法 |
| CN101225499A (zh) * | 2008-01-31 | 2008-07-23 | 上海交通大学 | 低合金超高强度复相钢及其热处理方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 栾道成等.奥氏体-贝氏体钢组织及性能特点.《四川工业学院学报》.1994,第13卷(第4期),36-41. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101624683A (zh) | 2010-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101624683B (zh) | 一种超高强度贝氏体钢轨用钢及其制造方法 | |
| CN101603119B (zh) | 用热轧卷板制造高强度高韧性钢板的方法 | |
| CN100443617C (zh) | 珠光体类热处理钢轨及其生产方法 | |
| CN101497963A (zh) | 中合金耐磨钢及其应用 | |
| CN109252107B (zh) | 一种高平直度超高强钢的生产方法 | |
| CN101633996B (zh) | 低成本的700MPa级高强高韧调质钢板及其制造方法 | |
| CN111455269A (zh) | 屈服强度960MPa级甚高强度海工钢板及其制造方法 | |
| CN102691018A (zh) | 一种低压缩比超高强度海洋工程用钢板及其生产方法 | |
| CN107130172B (zh) | 布氏硬度400hbw级整体硬化型高韧性易焊接特厚耐磨钢板及其制造方法 | |
| CN101086051A (zh) | 非调质易焊接超高强度钢及其生产方法 | |
| CN109735765B (zh) | 一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法 | |
| CN112981277B (zh) | 一种超高强度中碳纳米贝氏体钢的制备方法 | |
| CN103409689A (zh) | 一种稀土处理的铁路辙叉专用贝氏体/马氏体钢 | |
| CN101403076B (zh) | 一种复合强化高韧性超高强度二次硬化钢 | |
| CN104451436A (zh) | 贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板及制造方法 | |
| CN108048741A (zh) | 热轧贝氏体钢轨及其制备方法 | |
| CN114686762B (zh) | 布氏硬度500hbw高强度、高韧性热连轧薄钢板的生产方法 | |
| CN103555896A (zh) | 一种超高强度高韧性多步等温贝氏体钢及其制备方法 | |
| CN111254355B (zh) | 一种贝氏体合金钢热及处理工艺 | |
| US8652273B2 (en) | High tensile steel for deep drawing and manufacturing method thereof and high-pressure container produced thereof | |
| CN100560772C (zh) | 颗粒碳化物增强铁素体钢的制备方法 | |
| CN110358970B (zh) | 屈服强度1100MPa级的焊接结构贝氏体高强钢及其制备方法 | |
| CN112877591A (zh) | 一种高强韧五金工具及链条用钢及其制造方法 | |
| CN101624684B (zh) | 一种渗碳贝氏体钢及其制造方法 | |
| CN101624682B (zh) | 一种超高强度高韧性钢及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110907 Termination date: 20150811 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |