发明内容
本发明的目的在于提供一种节省能源、生产周期短、不发生变形的贝氏体钢轨件的制造方法。
本发明提供的技术方案为:
一种贝氏体钢轨件的制造方法,包括以下步骤:
步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为880~930℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.16~0.25%,Si 0.70~1.20%,Mn2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.2%,Mo 0.15~0.40%,Ni0~0.7%,其余为Fe和杂质;
步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,所述冷却装置包括两个通气管道,两个通气管道分别设置在所述贝氏体钢坯的两侧,平行于所述贝氏体钢坯的延伸方向,任一个通气管道的横截面具有与所述贝氏体钢坯的半外轮廓一致的形状,所述贝氏体钢坯的半外轮廓为以所述贝氏体钢坯的对称面分割所述贝氏体钢坯所得到的部分,且任一个通气管道与所述贝氏体钢轨之间保持宽度为0~1mm的间隙,任一个通气管道的头部设置有沿该通气管道的长度方向均匀分布的若干进气口,任一个通气管道的尾部设置有沿该通气管道的长度方向均匀分布的若干出气口,一个进气口和一个出气口位于贝氏体钢坯的一个横截面上,同时向两个通气管道的所有的进气口通入空气,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至设定温度T,停止冷却,所述设定温度T为226℃≤T≤300℃,冷却速度V为0.56℃/s<V≤1.5℃/s,得到贝氏体钢轨件,所述贝氏体钢轨件含有贝氏体组织,剩余为马氏体组织
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,相邻两个进气口之间的宽度为1~3cm,相邻两个出气口之间的宽度为1~3cm。
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,任一个通气管道的宽度为2~4cm。
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,任一个通气管道的内部沿该通气管道的内壁的周向设置有挡片,相邻两个挡片之间对应有一个进气口和一个出气口,各挡片遮挡通气管道的横截面积的1/3。
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,所述步骤二中,所述冷却速度为0.78℃/s。
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.2%,Ni 0.3~0.5%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质。
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.0%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质。
优选的是,所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.16~0.22%,Si 0.70~0.90%,Mn 2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.0%,Ni 0.5~0.7%,Mo 0.3~0.4%,其余为Fe和杂质。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明所述的生产方法直接对热轧后的贝氏体钢坯进行连续冷却,并控制冷却速度V为0.56℃/s<V≤1.50℃/s,该过程不对热轧后的贝氏体钢坯进行冷却,也不进行热处理,因此极大的节省了能源;
(2)本发明所述的生产方法中,使用专门的冷却装置对钢坯进行冷却,在钢坯的两侧分别设置一个通气管道,通气管道设置成贝氏体钢轨的半个部分的形状,并且在通气管道的头部具有进气口,尾部具有出气口,从而在通入空气时,空气从头部向尾部流动,相当于将钢坯的头部的热量向其脚部的转移,从而减小钢坯的头部和尾部之间的冷却速度的差异,减小甚至消除变形;
(3)本发明的生产方法中,终轧温度为930℃,冷却速度V为0.56℃/s时,冷却至226℃仅需要大概20分钟,极大的缩短了生产周期,提高了生产效率;
(4)本发明的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织,拉伸强度≥1400MPa,屈服强度≥1000MPa,延伸率≥10%,断面收缩率≥40%,洛氏硬度38~45HRC。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种贝氏体钢轨件的制造方法,包括以下步骤:步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为880~930℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.16~0.25%,Si 0.70~1.20%,Mn 2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.2%,Mo 0.15~0.40%,Ni 0~0.7%,其余为Fe和杂质;步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,所述冷却装置包括两个通气管道,两个通气管道分别设置在所述贝氏体钢坯的两侧,平行于所述贝氏体钢坯的延伸方向,任一个通气管道的横截面具有与所述贝氏体钢坯的半外轮廓一致的形状,所述贝氏体钢坯的半外轮廓为以所述贝氏体钢坯的对称面分割所述贝氏体钢坯所得到的部分,且任一个通气管道与所述贝氏体钢轨之间保持宽度为0.5~1mm的间隙,任一个通气管道的头部设置有沿该通气管道的长度方向均匀分布的若干进气口,任一个通气管道的尾部设置有沿该通气管道的长度方向均匀分布的若干出气口,一个进气口和一个出气口位于贝氏体钢坯的一个横截面上,同时向两个通气管道的所有的进气口通入空气,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至设定温度T,停止冷却,所述设定温度T为226℃≤T≤300℃,冷却速度V为0.56℃/s<V≤1.5℃/s,得到贝氏体钢轨件,所述贝氏体钢轨件含有贝氏体组织,剩余为马氏体组织。
贝氏体钢坯在热轧处理后,具有较高的温度,本发明就在贝氏体钢坯处于较高温度时,对贝氏体钢坯进行冷却处理,从而有效利用贝氏体钢坯的余热。本发明设置终轧温度为880~930℃。
图1给出了贝氏体钢坯的CCT曲线,图1中,曲线1为铁素体曲线开始线,为了保证得到的贝氏体钢轨件具有良好的力学性能,冷却过程中,要避免铁素体的出现,因此,冷却速度V满足V>0.56℃/s。该实施例中,贝氏体钢坯的化学成分(以重量百分比计)为:C 0.16~0.25%,Si 0.70~1.20%,Mn2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.2%,Mo 0.15~0.40%,Ni0~0.7%,其余为Fe和杂质。在冷却速度V>0.56℃/s的情况下,HV硬度在420以上,即拉伸强度在1400MPa以上。
冷却过程中,冷却速度过快,也不利于获得均匀的力学性能。因此,控制冷却速度V≤1.50℃/s。
参见图2,在冷却过程中,利用专门的冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理。该冷却装置包括两个通气管道1,每个通气管道1的头部5和尾部6分别具有进气口和出气口,也就使得在向通气管道内通入空气时,气流仅仅能够沿着通气管道的路径流动,即从贝氏体钢坯2的头部3向脚部4流动,相当于在贝氏体钢坯的一个横截面内形成一股气流,从而将贝氏体钢坯2的热量从头部向脚部转移,减小了贝氏体钢坯的头部和脚部之间的温差,进而控制贝氏体钢坯以相对均一的速度冷却,从而消除了贝氏体钢坯的变形。
任一个通气管道与贝氏体钢坯之间保持宽度为0~1mm的间隙7。通气管道与贝氏体钢坯的表面发生直接接触时,容易影响贝氏体钢坯表层的晶相组织的形成,进而影响到贝氏体钢坯整体的力学性能。因此,通气管道内的空气与贝氏体钢坯之间的换热还需要依赖于上述间隙之间的空气进行,上述间隙内的空气还将部分热量传递至外界的大气中,从而使贝氏体钢坯的冷却过程更稳定。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,相邻两个进气口之间的宽度为1~3cm,相邻两个出气口之间的宽度为1~3cm。为了对贝氏体钢坯的整体进行均匀一致的冷却,相邻的两个进气口之间的间距不宜过大。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,任一个通气管道的宽度为2~4cm。通气管道的宽度必须要合适,宽度过小,不利于实现消除头部和脚部的温差的目的。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,任一个通气管道的内部沿该通气管道的内壁的周向设置有挡片,相邻两个挡片之间对应有一个进气口和一个出气口,各挡片遮挡通气管道的横截面积的1/3。挡片的设计则是进一步限制气流在位于贝氏体钢坯的一个横截面上的一组进气口和出气口之间流动,从而有效降低贝氏体钢坯相应部位的头部和脚部之间的温差。挡片并不是将通气管道分隔成很多个彼此独立的部分,挡片只是沿着周向内壁一圈形成的,因此,整个通气管道的内部还是整体处于连通状态的。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,所述步骤二中,所述冷却速度为0.78℃/s。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.2%,Ni 0.3~0.5%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.0%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质。
所述的贝氏体钢轨件的制造方法中,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.16~0.22%,Si 0.70~0.90%,Mn 2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.0%,Ni 0.5~0.7%,Mo 0.3~0.4%,其余为Fe和杂质。
经过本发明的生产方法的处理,得到的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织。贝氏体钢轨件包括钢轨、尖轨、护轨、辙岔、道岔以及其他要求有较高的力学性能的铁路用件。
贝氏体钢轨的型号含43kg/m-75k/m。
以下给出本发明的实施例。
实施例一
步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为880℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.16~0.25%,Si 0.70~1.20%,Mn 2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.2%,Mo 0.15~0.40%,Ni 0~0.7%,其余为Fe和杂质;
步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,所述冷却装置包括两个通气管道,两个通气管道分别设置在所述贝氏体钢坯的两侧,平行于所述贝氏体钢坯的延伸方向,任一个通气管道的横截面具有与所述贝氏体钢坯的半个部分一致的形状,所述贝氏体钢坯的半个部分为以所述贝氏体钢坯的对称面分割所述贝氏体钢坯所得到的部分,且任一个通气管道与所述贝氏体钢轨之间保持宽度为0.5~1mm的间隙,任一个通气管道的头部设置有沿该通气管道的长度方向均匀分布的若干进气口,任一个通气管道的尾部设置有沿该通气管道的长度方向均匀分布的若干出气口,一个进气口和一个出气口位于一个竖直平面上,同时向两个通气管道的所有的进气口通入空气,相邻两个进气口之间的宽度为1cm,相邻两个出气口之间的宽度为1cm,任一个通气管道的宽度为2cm,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至226℃,停止冷却,其中,冷却速度V为0.57℃/s,得到贝氏体钢轨件。贝氏体钢轨件包含有贝氏体组织和马氏体组织。
本实施例的贝氏体钢轨件具有以下力学性能:本发明的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织,拉伸强度1400MPa,屈服强度1080MPa,延伸率11%,断面收缩率45%,洛氏硬度38HRC。
实施例二
步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为930℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.2%,Ni 0.3~0.5%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质;
步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,相邻两个进气口之间的宽度为3cm,相邻两个出气口之间的宽度为3cm,任一个通气管道的宽度为4cm,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至300℃,其中,冷却速度V为1.50℃/s,得到贝氏体钢轨件。贝氏体钢轨件包含有贝氏体组织和马氏体组织。该实施例中其他条件则与实施例一中一致。
本实施例的贝氏体钢轨件具有以下力学性能:本发明的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织,拉伸强度1670MPa,屈服强度1184MPa,延伸率13%,断面收缩率46%,洛氏硬度45HRC。
实施例三
步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为900℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.6~1.0%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质;
步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,相邻两个进气口之间的宽度为3cm,相邻两个出气口之间的宽度为3cm,任一个通气管道的宽度为4cm,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至260℃,其中,冷却速度V为0.78℃/s,得到贝氏体钢轨件。贝氏体钢轨件包含有贝氏体组织和马氏体组织。该实施例中其他条件则采用实施例一的条件。
本实施例的贝氏体钢轨件具有以下力学性能:本发明的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织,拉伸强度1550MPa,屈服强度1164MPa,延伸率16%,断面收缩率43%,洛氏硬度39HRC。
实施例四
步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为920℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.16~0.22%,Si 0.70~0.90%,Mn 2.10~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.0%,Ni 0.5~0.7%,Mo 0.3~0.4%,其余为Fe和杂质;
步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,相邻两个进气口之间的宽度为1cm,相邻两个出气口之间的宽度为1cm,任一个通气管道的宽度为2cm,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至226℃,其中,冷却速度V为0.57℃/s,得到贝氏体钢轨件。贝氏体钢轨件包含有贝氏体组织和马氏体组织。该实施例中其他条件则采用实施例一的条件。
本实施例的贝氏体钢轨件具有以下力学性能:本发明的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织,拉伸强度1450MPa,屈服强度1016MPa,延伸率11%,断面收缩率49%,洛氏硬度39HRC。
实施例五
步骤一、对贝氏体钢坯进行热轧处理,终轧温度为880℃,按重量百分比计,所述贝氏体钢坯包含:C 0.18~0.25%,Si 0.80~1.20%,Mn 2.20~2.40%,P≤0.025%,S≤0.015%,Cr 0.8~1.2%,Ni 0.3~0.5%,Mo 0.15~0.25%,其余为Fe和杂质;
步骤二、利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理,相邻两个进气口之间的宽度为1cm,相邻两个出气口之间的宽度为1cm,任一个通气管道的宽度为2cm,任一个通气管道的内部沿该通气管道的内壁的周向设置有挡片,相邻两个挡片之间对应有一个进气口和一个出气口,各挡片遮挡通气管道的横截面积的1/3,将处于所述终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至300℃,其中,冷却速度V为1.50℃/s,得到贝氏体钢轨件。贝氏体钢轨件包含有贝氏体组织和马氏体组织。该实施例中其他条件则采用实施例一的条件。
本实施例的贝氏体钢轨件具有以下力学性能:本发明的贝氏体钢轨件含有贝氏体组织和马氏体组织,拉伸强度1712MPa,屈服强度1201MPa,延伸率14%,断面收缩率43%,洛氏硬度45HRC。尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。