(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911264840.8
(22)申请日 2019.12.11
(71)申请人 北京交通大学
地址 100044 北京市海淀区西直门外上园
村3号
(72)发明人 谭谆礼 田宇 张敏 杨月超
王瑞 白秉哲
(74)专利代理机构 北京市诚辉律师事务所
11430
代理人 范盈
(51)Int.Cl.
C21D 1/18(2006.01)
C21D 6/04(2006.01)
C21D 8/00(2006.01)
C21D 9/00(2006.01)
C22C 33/04(2006.01)C22C 38/02(2006.01)C22C 38/04(2006.01)C22C 38/34(2006.01)C22C 38/44(2006.01)C22C 38/58(2006.01)
(54)发明名称一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种高稳定性贝氏体辙 叉用钢及其制备方法，其化学成分为：C ：0.15-0.50w t％；Mn ：1.00-2.80w t％；Cr ：0.50-2.00w t％；Mo ：0.15-1.50w t％；Ni ：0.15-1.50w t ％；S i ：0.50-2.0w t％；S ：0.001-0.01wt％；P：0.001-0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。制备方法为：冶炼：按通用冶炼方法，由转炉或电炉冶炼钢水以及LF或VD炉精炼；铸造：对上述冶炼好的钢进行连铸；锻造：将上述得到的铸坯进行轧制和锻压处理，锻压成型获得辙叉用钢后，空冷至室温；热处理：对上述得到的辙叉用钢进行深冷处理，然后再进行一次回火处理。本申请所采用深冷加回火处理工艺，可进一步提高显微组织的稳定性，从而提高本申请用贝氏体辙叉用钢的综合性能，并有效延长辙叉的服役寿命， 降低运行维护成本。权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 110923410 A 2020.03.27
C N 110923410
A
1.一种高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其化学成分为：C：0.15-0.50wt％；Mn：1.00-
2.80wt％；Cr：0.50-2.00wt％；Mo：0.15-1.50wt％；Ni：0.15-1.50wt％；Si：0.50-2.0wt％；S：0.001-0.01wt％；P：0.001-0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其中(Ni+Mo)≥0.9wt％。
3.根据权利要求1所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，所述辙叉用钢的显微组织为以贝氏体组织为主，并包含部分高热稳定性的残余奥氏体在内的多相复相组织。
4.根据权利要求1-3任一所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢，其特征在于，其屈服强度R P0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥15％，A KU2(常温)≥70J，A KU2(-40℃)≥40J，HRC为40-45。
5.一种权利要求1-4任一所述的高稳定性贝氏体辙叉用钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)冶炼：按通用冶炼方法，由转炉或电炉冶炼钢水以及LF或VD炉精炼；
(2)铸造：对步骤(1)冶炼好的钢进行连铸；
(3)锻造：将步骤(2)得到的铸坯进行轧制和锻压处理，锻压成型获得辙叉用钢后，空冷至室温；
(4)热处理：对步骤(3)得到的辙叉用钢进行深冷处理，然后再进行一次回火处理。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中轧制工艺参数为：加热温度1100-1250℃，终轧温度不低于900℃；锻压处理工艺参数为：加热温度不低于1150℃，终锻温度不低于900摄氏度。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中深冷处理相关工艺参数为：将锻件置于液氮介质的深冷处理箱内，保温6h以上，再出箱自然升温至室温；
回火处理相关工艺参数为：将上述深冷处理后的锻件加热到200-400℃间保温3h以上，然后空冷至室温。
权 利 要 求 书1/1页CN 110923410 A
一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及铁路装备中辙叉制造的技术领域，特别提供一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法。
背景技术
[0002]铁路货运朝着速度提高、载重增加方向发展，对线路上的辙叉综合性能要求越来越高。辙叉作为钢轨线路系统中重要的基础部件和组成部分，其性能和稳定性关乎列车的运行安全。在服役过程中，辙叉，尤其是辙叉部位承受交变应力和冲击载荷，因而要求其材质具有高强度，高冲击韧性以及良好的抗磨损和抗接触疲劳性能。
[0003]由于速度的提高，载重的进一步增加，目前我国货运铁路上主要使用的高锰钢辙叉在服役中出现
了失效频率增加，使用寿命缩短等问题，因而大幅度增加了线路维护的成本和费用。而合适的贝氏体组织因具有优良的抗接触疲劳和耐磨性能，使其成为铁路用辙叉用钢有希望的潜在替代材料之一。
[0004]目前国内已有多项与贝氏体辙叉用钢相关的申请和授权专利。“铁路辙叉专用含钨贝氏体锻钢”(申请号CN200610012673.4)、“全贝氏体钢辙叉及其制造方法”(申请号CN201210422455.3)、“一种高强度、长寿命贝氏体铁路辙叉用扁钢及其生产方法”(申请号CN201810610546.7)等申请的贝氏体辙叉用钢，其主要通过V、W或Nb等进行微合金化处理，然后进行常规的等温或正火+回火热处理获得辙叉用钢，其显微组织为无碳化物贝氏体和残余奥氏体。另外，“一种稀土处理的铁路辙叉专用贝氏体/马氏体钢”(申请号CN201310327290.6)、“铁路辙叉用高碳超高硅贝氏体钢及其制备方法”(申请号CN201610093359.7)，其显微组织为贝氏体/马氏体组织和残余奥氏体复相组织。根据前期大量相关文献研究工作，上述相关专利申请的贝氏体辙叉用钢显微组织中的残余奥氏体同时具有膜状和块状两种存在形态，相对而言，块状残余奥氏体的稳定性较差，在服役过程中，其可能发生转变形成生马氏体，进而不利于综合性能的稳定和增加剥离掉块的风险。可见，若能进一步提高残余奥氏体的稳定性，将起到稳定辙叉用钢的显微组织，这对有效提高辙叉用钢的服役寿命将具有重要意义。
[0005]因此，本发明申请公开了一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法，旨在针对合适的成分和工艺下制备的、显微组织主要为贝氏体并包含部分残余奥氏体在内的贝氏体辙叉用钢，利用深冷处理，消除显微组织中不稳定的块状残余奥氏体，并通过后续的回火处理进一步稳定显微组织，从而起到显著提
高贝氏体辙叉用钢的稳定性，进而保证其良好的抗冲击韧性和抗接触疲劳性能，增加其服役寿命。
发明内容
[0006]本发明的目的在于提供一种高稳定性贝氏体辙叉用钢及其制备方法，即延迟辙叉使用寿命的化学成分及相应匹配的生产处理工艺，以进一步提高稳定性。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高稳定性贝氏体辙叉用钢，其
化学成分为：C：0.15-0.50wt％；Mn：1.00-2.80wt％；Cr：0.50-2.00wt％；Mo：0.15-1.50wt％；Ni：0.15-1.50wt％；Si：0.50-2.0wt％；S：0.001-0.01wt％；P：0.001-0.1wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0008]进一步地，其中(Ni+Mo)≥0.9wt％。
[0009]进一步地，辙叉用钢的显微组织为以贝氏体组织为主，并包含部分高热稳定性的残余奥氏体在内的多相复相组织。
[0010]进一步地，其屈服强度R P0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥15％，A KU2(常温)≥70J，A KU2(-40℃)≥40J，HRC为40-45。
[0011]一种上述的高稳定性贝氏体辙叉用钢的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)冶炼：按通用冶炼方法，由转炉或电炉冶炼钢水以及LF或VD炉精炼；
[0013](2)铸造：对步骤(1)冶炼好的钢进行连铸；
[0014](3)锻造：将步骤(2)得到的铸坯进行轧制和锻压处理，锻压成型获得辙叉用钢后，空冷至室温；
[0015](4)热处理：对步骤(3)得到的辙叉用钢进行深冷处理，然后再进行一次回火处理。[0016]进一步地，步骤(3)中轧制工艺参数为：加热温度1100-1250℃，终轧温度不低于900℃；锻压处理工艺参数为：加热温度不低于1150℃，终锻温度不低于900摄氏度。[0017]进一步地，步骤(4)中深冷处理相关工艺参数为：将锻件置于液氮介质的深冷处理箱内，保温6h以上，再出箱自然升温至室温；
[0018]回火处理相关工艺参数为：将上述深冷处理后的锻件加热到200-400℃间保温3h 以上，然后空冷至室温。
[0019]其中组成高稳定性贝氏体辙叉用钢的成分用途如下：
[0020]碳元素C：具有强烈的固溶强化作用，有利于保证辙叉钢的强度，同时碳元素对残余奥氏体稳定性有益，又可以提高其硬度和耐磨损能力。
[0021]锰元素Mn：起固溶强化作用，有利于提高强度，并大幅度提高钢的淬透性。锰元素的添加可明显延缓高温铁素体和珠光体转变，并有效控制贝氏体转变时间，提高贝氏体的强度且韧性影响不明显；当其含量达到1.5wt％时，能使得高温转变区和贝氏体转变区完全分开，有利于辙叉用钢从高温奥氏体化后空冷至室温过程中获得具有良好性能的贝氏体组织。
[0022]硅元素Si：强化贝氏体组织，可抑制脆性的碳化物析出。硅能使C曲线右移，利于辙叉形成韧塑性配合良好的残余奥氏体膜，稳定残余奥氏体，明显提高辙叉用钢的疲劳强度与疲劳极限比。
[0023]铬元素Cr：具有良好的固溶强化作用，可显著提高强度。同时，铬元素能强化基体，提高钢种的淬透性，从而使辙叉从表面到心部组织一致性增强。
[0024]钼元素Mo：增加高温相变孕育期，强烈提高钢种的淬透性，有利于细化晶粒，使辙叉钢在空冷条件下即可获得贝氏体组织且性能均匀，提高辙叉用钢的耐磨性能。对提高钢的回火抗力，抑制或消除回火脆性有显著影响。此外，可抑制钢中P元素在界面偏聚导致的韧性降低和引起开裂的风险。
[0025]镍元素Ni：有利于辙叉钢的韧性，尤其是低温冲击韧性的提高。
[0026]由于Ni与Mo均对韧性提高有益并能减少开裂，二者含量小于0.9wt％时，对于残余
奥氏体低温的稳定作用不能充分显示。
[0027]发明的有益效果如下：
[0028]1、本申请所采用深冷加回火处理工艺，可进一步提高显微组织的稳定性，从而提高本申请用贝氏体辙叉用钢的综合性能，并有效延长辙叉的服役寿命，降低运行维护成本。[0029]2、采用本发明的制备方法生产的贝氏体辙叉，在保持高强度和高韧性水平前提下，可大幅增加显微组织的稳定性，从而有利于提高辙叉用钢的抗磨损和抗接触疲劳等服役性能，延长使用寿命。
[0030]3、本发明的贝氏体辙叉其屈服强度R P0.2≥1200MPa，抗拉强度Rm≥1300MPa，延伸率A≥15％，A KU2(常温)≥70J，A KU2(-40℃)≥40J，HRC 40-45。
附图说明
[0031]图1为本发明方法制备的高稳定性贝氏体钢辙叉的显微组织结构图，其中Filmy RA为膜状残余奥氏体；B为贝氏体；M为马氏体；decomposed blocky RA为分解的块状残余奥氏体。
具体实施方式
[0032]为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0033]本发明相关实施例具体如下：
[0034]1、主要化学成分
[0035]表1不同实施例制备的贝氏体辙叉的组分及含量(质量百分数)
[0036]实施例C Mn Cr Si Mo Ni P S 实施例10.15 2.80 1.50 1.00.70 1.500.0550.003
实施例20.20 2.40 1.20 2.00 1.500.150.0120.010
实施例30.27 2.000.500.800.150.900.1000.006
实施例40.41 1.50 2.00 1.500.40 1.200.0010.001
实施例50.50 1.00 1.000.50 1.000.500.0780.009 [0037]实施例1
[0038]高稳定性贝氏体辙叉，其由高稳定性贝氏体辙叉用钢制成，其中高稳定性贝氏体辙叉用钢的各组分含量如表1所示。该辙叉的制备方法如下：
[0039]1)按照表1配方，采用通用冶炼方法，由转炉或电炉冶炼钢水以及LF或VD炉精炼；[0040]2)将步骤1)炼好的钢进行连铸；
[0041]3)将步骤2)得到的铸坯进行轧制和锻压处理，轧制加热温度为1250℃，终轧温度为1000℃；锻压
加热温度为1250℃，终锻温度为950℃；锻压成型获得辙叉用钢后，空冷至室温；
[0042]4)对步骤3)得到的辙叉用钢置于液氮介质进行深冷处理，保温6h后出箱自然回温到室温；最后将深冷处理后的锻件加热到200℃间保温3h，然后空冷至室温获得成品辙叉。[0043]如图1示出了本实施例制备得到的辙叉内部的显微组织照片。从图中可知，其显微
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