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CN112410659A - 轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨及其制备方法 - Google Patents

轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨及其制备方法 Download PDF

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CN112410659A CN202011119410.XA CN202011119410A CN112410659A CN 112410659 A CN112410659 A CN 112410659A CN 202011119410 A CN202011119410 A CN 202011119410A CN 112410659 A CN112410659 A CN 112410659A
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邓勇
袁俊
杨大巍
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Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明涉及钢轨生产领域，公开了一种轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨及其制备方法。该方法包括依次进行的转炉或电炉冶炼、LF炉精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工，所述热处理为多阶段冷却工艺，并且控制钢轨化学成分，所述钢轨含有:0.65～0.85％的C，0.1～1％的Si，0.1～1.5％的Mn，≤0.03％的P，≤0.03％的S，0.01～0.2％的Cr，0.005～0.15％的Ni、0.001～0.3％的Mo和0.002～0.2％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。该方法制得的钢轨其轨头部位具有超过25mm的深硬化层，且具有均匀的硬度梯度。

Description

轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢轨生产领域，具体涉及一种轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨及其制备方法。
背景技术
我国铁路正处于高速发展阶段，随着客运专用线路的增加，现有的客货混运线路已逐渐减少客车运行，转为以货运为主，同时货运专用线路也在向重载化发展，货运线路的整体趋势是向运量高、轴重大、行车密度高的方向发展。这一趋势对钢轨在线路上的服役性能和服役寿命提出了更高要求，只有提升钢轨的质量与性能，才能够保证铁路货运的高效率和高安全。
目前国内外客货混运线路和货运专用线路为提升钢轨的服役性能和服役寿命，主要采用高性能热处理珠光体钢轨，通过提升钢轨的强度和硬度来获得更高的耐磨性能和耐接触疲劳性能，降低钢轨的磨耗速度和表面裂纹、剥离掉块等伤损的出现。
近年来，国内外钢轨生产企业提高珠光体钢轨硬度的手段主要是通过离线或在线热处理的方式，对钢轨轨头进行加速冷却，以此来细化钢轨轨头部分珠光体组织，通过细化晶粒的方式获得更高的强度和硬度，涉及的相关专利技术具体如下：
专利CN110468632《一种用于直线-曲线过渡段的钢轨及其生产方法》公布了一种从轨头至下颚的区域具有三个硬度区的钢轨，其三个硬度区硬度不同，轨顶面中心硬度最低，钢轨两上圆角硬度较高，钢轨两侧面硬度最高，其利用不同在线热处理加速冷却强度得到了各区域硬度不同的钢轨，以提高钢轨在直线-曲线过渡段的使用寿命和安全系数。但该专利所得到的轨头各区域硬度不同的钢轨仅在表面至较浅硬化层内具有该硬度特点，在经过长期使用后磨耗情况仍不容乐观。
专利CN104060075《提高钢轨硬化层深度的热处理方法》公布了一种利用轧制余热在线热处理方式对钢轨进行多阶段加速冷却提高钢轨硬化层深度的钢轨热处理方法，在钢轨终轧后，自然冷却至660～730℃，而后进行两个不同冷却速度的加速冷却阶段，之后将钢轨空冷至室温，从而使钢轨轨头部位获得超过25mm的深硬化层，且轨头表层下方25mm具有与轨头表层相当的硬度值，并进行了磨耗试验以证明其可以提高钢轨长期服役情况下不断磨耗过程中良好的耐磨耗性能。但该专利未考虑到实际钢轨服役中轨头高硬度区域与未硬化区域之间存在较大硬度差，在线路服役过程中列车车轮冲击下容易导致硬度差较大部位产生裂纹等缺陷，对钢轨安全服役有负面影响。
专利CN102220545《耐磨性和塑性优良的高碳高强热处理钢轨及其制造方法》公布了一种满足重载铁路使用要求的高碳高强热处理钢轨，其化学成份按重量百分比包括：C：0.80％～1.20％、Si：0.20％～1.20％、Mn：0.20％～1.60％、Cr：0.15％～1.20％、V：0.01％～0.20％、Ti：0.002％～0.050％、P≤0.030％、S≤0.030％、Al≤0.010％、N≤0.0100％，其余为Fe和不可避免的杂质，在轧制后进行在线热处理，对轨头和轨底进行加速冷却至400～500℃后，空冷至室温。该专利所生产的钢轨轨头抗拉强度在1330MPa以上，轨头硬度在380HB以上，硬化层深度达到25mm以上。但该专利所生产的钢轨其合金含量如Cr、Ti等含量较高，生产成本较高、钢轨焊接性能较差，且其使用的加速冷却工艺及设备较为复杂，难于推广。
目前的提升珠光体钢轨硬度的相关专利中，部分专利能够提升钢轨的表层或内部硬化层硬度，但其所得到的钢轨与实际线路应用需求仍存在一定差距；部分专利所公布的钢轨虽然具有较深的轨头硬化层，但其化学成分、生产工艺均较为复杂，不利于推广应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的钢轨服役中轨头高硬度区域与未硬化区域之间存在较大硬度差，在线路服役过程中列车车轮冲击下容易导致硬度差较大部位产生裂纹，生产成本较高，生产工艺均较为复杂，钢轨焊接性能较差等问题，提供一种轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的转炉或电炉冶炼、LF炉精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，所述热处理为多阶段冷却工艺，具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在760～900℃之间时，以2～6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理50～150秒；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨以1～5℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理20～60秒；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)冷却后的钢轨空冷至室温；
控制钢轨化学成分，以重量百分比计，所述钢轨含有:0.65～0.85％的C，0.1～1％的Si，0.1～1.5％的Mn，≤0.03％的P，≤0.03％的S，0.01～0.2％的Cr，0.005～0.15％的Ni、0.001～0.3％的Mo和0.002～0.2％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，以重量百分比计，所述钢轨含有:0.68～0.82％的C，0.2～0.7％的Si，0.6～1.2％的Mn，≤0.025％的P，≤0.02％的S，0.05～0.15％的Cr，0.005～0.1％的Ni、0.001～0.2％的Mo和0.02～0.1％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述热处理中采用的冷却介质为水雾和/或压缩空气。
优选地，所述连铸为大方坯保护连铸。
优选地，所述对钢坯进行轧制前使用高压水除鳞。
优选地，所述轧制在万能轧机中进行。
优选地，所述空冷在步进式冷床上进行。
优选地，所述加工过程包括：使用平立复合矫直机进行矫直。
本发明第二方面提供上述方法制备的轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨，所述钢轨的轨顶面的布氏硬度为360～400HB；所述钢轨的轨头部位具有超过25mm的硬化层，并且轨头内部深度每增加5mm，其硬化层的布氏硬度下降3～6HB。
优选地，所述钢轨的抗拉强度＞1200MPa，延伸率≥10％。
本发明采用了控制钢轨化学成分和热处理工艺的方法，制造得到的珠光体钢轨在无需添加多种微合金元素的情况下具有均匀硬度梯度，轨顶面的布氏硬度为360～400HB，其轨头部位具有超过25mm的深硬化层，且该深硬化层具有均匀的硬度梯度，即轨头内部深度每增加5mm，其硬化层硬度平均下降3～6HB，能够与钢轨长期服役中的磨耗过程和加工硬化进行匹配，降低钢轨的磨耗速度和表面缺陷如裂纹、剥离掉块等的出现，提升钢轨的服役性能和服役寿命，提高列车运行安全性，同时制备方法简单、易操作。
附图说明
图1是测试例中轨头断面硬度测量位置示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的转炉或电炉冶炼、LF炉精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，所述热处理为多阶段冷却工艺，具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在760～900℃之间时，以2～6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理50～150秒；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨以1～5℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理20～60秒；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)冷却后的钢轨空冷至室温；
控制钢轨化学成分，以重量百分比计，所述钢轨含有:0.65～0.85％的C，0.1～1％的Si，0.1～1.5％的Mn，≤0.03％的P，≤0.03％的S，0.01～0.2％的Cr，0.005～0.15％的Ni、0.001～0.3％的Mo和0.002～0.2％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
以下详细说明本发明中所述钢轨主要化学元素含量进行限定的理由：
C是珠光体钢轨中使钢轨获得良好综合力学性能、促进珠光体转变的最重要、最廉价的元素。当C含量＜0.65％时，在本发明所述生产工艺下，无法保证钢轨具有合适的强硬度、无法保证钢轨的耐磨损性能；当C含量＞0.85％时，在本发明所述生产工艺下，钢轨的强度指标过剩而韧塑性过低，碳化物比例过高，影响钢轨的疲劳性能，对钢轨的安全使用有不利影响；因此，本发明中的碳含量限定在0.65～0.85％。
Si在钢中的主要作用是抑制渗碳体形成和作为固溶强化元素，提高铁素体基体硬度，改善钢的强度和硬度。当Si含量＜0.10％时，其固溶量偏低导致强化效果不明显；当Si含量＞1.00％时，易产生局部偏析，会降低钢的韧塑性，对钢轨的安全使用有不利影响。因此，本发明中的Si含量限定在0.10～1.00％。
Mn是提高钢中铁素体和奥氏体强度所必不可少的。当Mn含量＜0.10％时，其难以达到增加碳化物硬度从而增加钢的强硬度的作用；当Mn含量＞1.50％时，其会粗化晶粒尺寸，明显降低钢的韧塑性；同时Mn在钢中对C的扩散影响显著，在Mn偏析区域有可能产生贝氏体或马氏体等异常组织，同时影响钢轨的焊接性能。因此，本发明中的Mn含量限定在0.10～1.50％。
Cr作为碳化物形成元素，与钢中的碳可形成多种碳化物；同时，Cr能均匀钢中碳化物分布，减小碳化物尺寸，改善钢轨的耐磨性能。当Cr含量＜0.01％时，形成的碳化物硬度及比例较低；当Cr含量＞0.20％，钢轨的淬透性过高，易使钢轨生产有害的贝氏体和马氏体组织，无法保证钢轨为珠光体组织，对钢轨安全使用有不利影响。因此，本发明中的Cr含量限定在0.01～0.20％。
P和S均为钢轨中无法完全除去的杂质元素。P会在钢轨组织晶界处偏聚，严重降低钢轨的韧性；S在钢中易形成MnS夹杂，对钢轨耐磨耗性能和耐接触疲劳性能有害。因此，本发明中的P含量需控制在0.030％以下；S含量需控制在0.030％以下。
Ni在钢中的主要作用是作为固溶强化元素，提高铁素体基体硬度以改善珠光体钢轨的强度和硬度。当Ni含量＜0.005％时，其效果较小，无法起到固溶强化作用；当Ni含量＞0.15％时，会降低钢中铁素体相的韧塑性，导致钢轨的耐疲劳性能降低。因此，本发明中的N含量限定在0.005～0.15％。
Mo在钢中的主要作用是提高珠光体钢的平衡相变温度，增加过冷度，增强加速冷却的珠光体片层细化效果，以提升钢轨的硬度。当Mo含量＜0.001％时，其提高过冷度的效果较小，无法对提升钢轨硬度作出贡献；当Mo含量＞0.30％时，其会导致珠光体组织相变速度降低，易产生对钢轨韧塑性有负面影响的马氏体组织。因此，本发明中的Mo含量限定在0.001～0.30％。
V在珠光体钢中为沉淀强化元素，在钢轨冷却过程中形成碳氮化物，提高钢轨的强度和硬度，从而提高钢轨的耐磨性能。当V含量＜0.002％时，其沉淀强化程度过小，无法起到应有作用；当V含量＞0.20％时，其提高钢轨强度、硬度的作用能力降低，同时沉淀强化作用过强会导致钢中存在过多析出相，对钢轨的韧性有负面作用。因此，本发明中的V含量限定在0.002～0.20％。
在优选的实施方式中，以重量百分比计，所述钢轨含有:0.68～0.82％的C，0.2～0.7％的Si，0.6～1.2％的Mn，≤0.025％的P，≤0.02％的S，0.05～0.15％的Cr，0.005～0.1％的Ni、0.001～0.2％的Mo和0.02～0.1％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的发明人经过大量研究发现：
①针对第一阶段冷却：在钢轨轨头踏面温度为760℃～900℃时为抑制钢轨中的先共析铁素体或先共析渗碳体析出，获得具有均匀硬度梯度的钢轨，需要在高温阶段对其进行加速冷却，同时由于冷却开始温度较高，需要较大的冷却速度才能保证轨头内部的性能稳定，需将冷却速度控制在2.0～6.0℃之间；
②针对第二阶段冷却：当钢轨轨头踏面温度经第一阶段加速冷却50～150秒后，其内部温度仍处于500～600℃范围内，该温度范围内钢轨仍在进行相变，如停止加速冷却，则钢轨未加速冷却部分的热量会迅速向轨头扩散，降低相变冷速，降低最终钢轨的硬度并对硬度梯度造成不良影响，热处理工序效果不足；此时需继续进行第二阶段加速冷却，此时考虑钢轨轨头心部冷速低于表面，若继续采取与第一阶段相同的冷速，则表面出现异常组织的风险较高，且难于获得均匀的硬度梯度，因此需降低冷却强度和冷却时间，以获得具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨。
③针对第三阶段冷却：在前两个冷却阶段结束后，钢轨轨头内部温度应处于400～450℃范围内，此时钢轨已完成相变，继续加速冷却已无明显意义，可将钢轨空冷至室温以进行后续工序处理。
在具体的实施方式中，在步骤(1)中，可以待终轧后钢轨轨顶面温度在760、780℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃或900℃时进行第一阶段加速冷却。
在具体的实施方式中，在步骤(1)中，所述加速冷却的冷却速度可以为2℃/s、3℃/s、4℃/s、5℃/s或6℃/s。
在具体的实施方式中，在步骤(1)中，所述加速冷却的时间可以为50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s或150s。
在具体的实施方式中，在步骤(2)中，加速冷却的速度可以为1℃/s、2℃/s、3℃/s、4℃/s或5℃/s。
在具体的实施方式中，在步骤(2)中，加速冷却的时间可以为20s、30s、40s、50s或60s。
在优选的实施方式中，所述热处理中采用的冷却介质为水雾和/或压缩空气。
在优选的实施方式中，所述连铸为大方坯保护连铸。
在优选的实施方式中，所述对钢坯进行轧制前使用高压水除鳞。
在优选的实施方式中，所述轧制在万能轧机中进行。
在优选的实施方式中，所述空冷在步进式冷床上进行。
在优选的实施方式中，所述加工过程包括：使用平立复合矫直机进行矫直。
在一种具体的实施方式中，所述制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法包括依次进行的采用低硫含钒钢水经转炉或电炉进行冶炼、经LF精炼、RH或VD真空处理、大方坯保护连铸、钢坯加热炉加热、钢坯轧制前高压水除鳞、万能轧机轧制、钢轨在线热处理、步进式冷床室温空气冷却、平立复合矫直、钢轨规格检查、加工线处理、表面检查及入库。
本发明第二方面提供上述方法制备的轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨，所述钢轨的轨顶面的布氏硬度为360～400HB；所述钢轨的轨头部位具有超过25mm的硬化层，并且轨头内部深度每增加5mm，且该深硬化层具有均匀的硬度梯度，即其硬化层的布氏硬度下降3～6HB，相当于在轨头内部5mm处的布氏硬度为355～397HB、10mm处的布氏硬度为350～393HB、15mm处的布氏硬度为345～390HB、20mm处的布氏硬度为340～387HB、25mm处的布氏硬度为335～383HB。
在优选情况下，所述钢轨的抗拉强度＞1200MPa，延伸率≥10％。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的范围不局限于此。
实施例1
钢轨制备具体过程包括：
依次进行电炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理、大方坯保护连铸获得钢坯、钢坯轧制前高压水除鳞、万能轧机轧制、热处理和加工；
其中，热处理的冷却介质为压缩空气，所述热处理具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在855℃时，以2.1℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理150秒；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨以1.6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理50秒；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)冷却后的钢轨放置在步进式冷床上，将钢轨空冷至室温；
钢轨化学成分如表1所示。
实施例2
钢轨制备具体过程包括：
依次进行电炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理、大方坯保护连铸获得钢坯、钢坯轧制前高压水除鳞、万能轧机轧制、热处理和加工；
其中，热处理的冷却介质为压缩空气，所述热处理具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在792℃时，以3.9℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理85秒；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨以2.7℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理35秒；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)冷却后的钢轨放置在步进式冷床上，将钢轨空冷至室温；
钢轨化学成分如表1所示。
实施例3
钢轨制备具体过程包括：
依次进行电炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理、大方坯保护连铸获得钢坯、钢坯轧制前高压水除鳞、万能轧机轧制、热处理和加工；
其中，热处理的冷却介质为压缩空气和水雾，所述热处理具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在846℃时，以5.6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理150秒；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨以4℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理25秒；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)冷却后的钢轨放置在步进式冷床上，将钢轨空冷至室温；
钢轨化学成分如表1所示。
实施例4
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，钢轨的化学成分不同，如表1所示。
实施例5
按照实施例2所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(1)中，加速冷却开始温度为760℃。
对比例1
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，热处理具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在860℃时，以1.8℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理210秒；
(2)第三阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨放置在步进式冷床上，将钢轨空冷至室温。
对比例2
按照实施例2所述的方法进行实施，与之不同的是，热处理具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在775℃时，以2℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理190秒；
(2)第三阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨放置在步进式冷床上，将钢轨空冷至室温。
对比例3
按照实施例3所述的方法进行实施，与之不同的是，热处理具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在838℃时，以2.4℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理170秒；
(2)第三阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨放置在步进式冷床上，将钢轨空冷至室温。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
C(％) .078 0.76 0.8 0.81
Si(％) 0.47 0.5 0.46 0.55
Mn(％) 1.11 1.13 1.08 0.74
Cr(％) 0.12 0.1 0.14 0.08
P(％) 0.012 0.02 0.01 0.012
S(％) 0.014 0.008 0.013 0.004
Ni(％) - - 0.02 0.01
Mo(％) - 0.01 - -
V(％) 0.01 - - -
Fe+不可避免杂质(％) 余量 余量 余量 余量
测试例
采用CB/T231.1-2018《金属材料布氏硬度试验第一部分：试验方法》中的HBW 2.5/187.5试验力方案对实施例和对比例拉伸性能及轨头断面硬度进行检测，其中，轨头断面硬度测量位置如图1所示，在A、B、C三线上进行布氏硬度测量，硬度测量点间距为5mm，第一点距钢轨表面5mm，测量深度至25mm。结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002731502160000141
根据表2的检测结果可知，采用本发明所述的方法，钢轨的轨顶面的布氏硬度处于360～400HB范围内，其轨头部位具有超过25mm的深硬化层，与对比例相比，钢轨的深硬化层具有更加均匀的硬度梯度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的转炉或电炉冶炼、LF炉精炼、RH或VD真空处理、连铸获得钢坯、对钢坯进行轧制、热处理和加工；
其中，所述热处理为多阶段冷却工艺，具体包括以下步骤：
(1)第一阶段冷却：待终轧后钢轨轨顶面温度在760～900℃之间时，以2～6℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理50～150秒；
(2)第二阶段冷却：将经过步骤(1)冷却后的钢轨以1～5℃/s的冷却速度对钢轨轨顶面、轨头两上圆角、轨头两侧面、轨头两下圆角进行加速冷却处理20～60秒；
(3)第三阶段冷却：将经过步骤(2)冷却后的钢轨空冷至室温；
控制钢轨化学成分，以重量百分比计，所述钢轨含有:0.65～0.85％的C，0.1～1％的Si，0.1～1.5％的Mn，≤0.03％的P，≤0.03％的S，0.01～0.2％的Cr，0.005～0.15％的Ni、0.001～0.3％的Mo和0.002～0.2％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，以重量百分比计，所述钢轨含有:0.68～0.82％的C，0.2～0.7％的Si，0.6～1.2％的Mn，≤0.025％的P，≤0.02％的S，0.05～0.15％的Cr，0.005～0.1％的Ni、0.001～0.2％的Mo和0.02～0.1％的V中的至少一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述热处理中采用的冷却介质为水雾和/或压缩空气。
4.根据权利要求1或2所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述连铸为大方坯保护连铸。
5.根据权利要求1或2所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述对钢坯进行轧制前使用高压水除鳞。
6.根据权利要求1或2所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述轧制在万能轧机中进行。
7.根据权利要求1或2所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述空冷在步进式冷床上进行。
8.根据权利要求1或2所述的制备轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨的方法，其特征在于，所述加工过程包括：使用平立复合矫直机进行矫直。
9.权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨，其特征在于，所述钢轨的轨顶面的布氏硬度为360～400HB；所述钢轨的轨头部位具有超过25mm的硬化层，并且轨头内部深度每增加5mm，其硬化层的布氏硬度下降3～6HB。
10.根据权利要求9所述的轨头硬化层具有均匀硬度梯度的珠光体钢轨，其特征在于，所述钢轨的抗拉强度＞1200MPa，延伸率≥10％。
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