本發(fā)明涉及鋼軌制造，尤其涉及一種促進(jìn)鋼軌完全貝氏體轉(zhuǎn)變的方法及貝氏體鋼軌。
背景技術(shù)：
1、隨著鐵路工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)鋼軌與轍叉材料的性能標(biāo)準(zhǔn)提出了更為嚴(yán)苛的要求?，F(xiàn)階段，我國(guó)廣泛應(yīng)用的各類(lèi)珠光體軌道用鋼，其性能提升主要依賴(lài)于合金化與熱處理這兩種技術(shù)手段。然而，在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)框架內(nèi)，僅通過(guò)這兩種方法已難以實(shí)現(xiàn)鋼軌材料強(qiáng)度與環(huán)境服役性能的大幅躍升。盡管軌道用高錳鋼具備卓越的抗沖擊性能，且高錳鋼轍叉與鋼軌之間的焊接難題也已攻克，但高錳鋼整鑄轍叉存在初始硬度不足的問(wèn)題，加之鑄造工藝帶來(lái)的缺陷，導(dǎo)致其平均使用壽命偏低，且壽命分布的離散程度較大。鑒于此，業(yè)界迫切需要探尋并研發(fā)新型鋼種以替代現(xiàn)有材料。因此，開(kāi)發(fā)適用于鋼軌及轍叉的新型鋼材，成為順應(yīng)鐵路工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的必然選擇。在此背景下，貝氏體鋼憑借其優(yōu)異的綜合性能，特別是在抗接觸疲勞與耐磨性方面的突出表現(xiàn)，脫穎而出，成為輪軌接觸用鋼的理想候選材料之一。
2、然而，現(xiàn)有的貝氏體鋼軌的生產(chǎn)制造工藝仍存在一些缺陷。由于貝氏體相變溫度區(qū)域介于珠光體型擴(kuò)散相變和馬氏體型切變相變之間，其相變性質(zhì)及組織形態(tài)易于多樣化。貝氏體等溫轉(zhuǎn)變時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而轉(zhuǎn)變不完全會(huì)影響貝氏體的綜合力學(xué)性能。為了縮短貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)間同時(shí)提高貝氏體的轉(zhuǎn)變量，需要增加貝氏體相變的驅(qū)動(dòng)力。提高鋼軌成分中的碳含量可以提升貝氏體相變的驅(qū)動(dòng)力，但高碳設(shè)計(jì)會(huì)顯著惡化鋼軌的焊接性能，且易形成粗大碳化物，導(dǎo)致鋼軌韌性下降。而低碳設(shè)計(jì)需要依賴(lài)過(guò)量合金元素（如錳、鉻等）來(lái)補(bǔ)充增加貝氏體相變的驅(qū)動(dòng)力。然而，合金元素過(guò)量又導(dǎo)致貝氏體相變溫度窗口過(guò)寬。過(guò)寬的相變溫度窗口會(huì)使貝氏體相變過(guò)程變得復(fù)雜且難以精準(zhǔn)控制，在冷卻過(guò)程中，不同部位可能因冷卻速率差異而處于不同相變溫度區(qū)間，導(dǎo)致組織均勻性變差，局部區(qū)域可能出現(xiàn)組織異常，影響材料整體性能的穩(wěn)定性，并且在生產(chǎn)期間很難精確調(diào)控冷卻工藝參數(shù)以獲得理想的貝氏體組織，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益的保障。
3、綜上所述，本領(lǐng)域亟需一種能夠促進(jìn)鋼軌完全貝氏體轉(zhuǎn)變的技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種促進(jìn)鋼軌完全貝氏體轉(zhuǎn)變的方法及貝氏體鋼軌。
2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種促進(jìn)鋼軌完全貝氏體轉(zhuǎn)變的方法，該方法包括以下步驟：
3、生產(chǎn)包括按重量百分比計(jì)的以下組分的鑄錠：c：0.19%~0.23%，si：1.50%~1.60%，mn：2.30%~2.40%，cr：0.50%~0.55%，mo：0.14%~0.16%，v：0.08%~0.09%，n：0.006%~0.008%，al≤0.05%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，其中
4、碳當(dāng)量ce低于0.43%，si與mn的重量比大于0.5；
5、將所述鑄錠進(jìn)行多道次軋制；
6、將軋制后的鋼軌先以20~30℃/s的第一冷速冷卻至貝氏體相變區(qū)間溫度，再以0.08~0.12℃/s的第二冷速冷卻預(yù)定時(shí)間，最后以低于0.5℃/s的第三冷速冷卻至室溫。
7、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，si與mn的重量比介于0.62與0.68之間。
8、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，鑄錠中c重量百分比為0.21%，si重量百分比為1.55%，mn重量百分比為2.35%。
9、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，軋制溫度控制在850~950℃之間。
10、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，軋制累計(jì)壓下率控制在60%以上。
11、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，貝氏體相變區(qū)間溫度為350~480℃。
12、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二冷速冷卻持續(xù)時(shí)間為1000~1500s。
13、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述鑄錠采用真空感應(yīng)熔煉制備，熔煉后連鑄成方坯，冷卻速率控制為2~3℃/s。
14、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種貝氏體鋼軌，所述鋼軌采用根據(jù)如上任一實(shí)施例所述的方法制造而成。
15、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述鋼軌微觀(guān)組織包括體積分?jǐn)?shù)大于98%的貝氏體和余量的薄膜狀殘余奧氏體，貝氏體為長(zhǎng)徑比≥20：1的超細(xì)板條，板條厚度≤180nm，殘余奧氏體膜厚小于20nm，鋼軌抗拉強(qiáng)度≥1450mpa，斷后延伸率≥12%，-40℃沖擊功≥120j，接觸疲勞壽命≥1×107次。
16、由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明提供的促進(jìn)鋼軌完全貝氏體轉(zhuǎn)變的方法及貝氏體鋼軌具有以下有益效果中的至少一項(xiàng)：
17、（1）通過(guò)精確控制元素配比，優(yōu)化貝氏體相變驅(qū)動(dòng)力，將碳含量控制在0.19%~0.23%，同時(shí)限制碳當(dāng)量ce≤0.43%，使其提供足夠相變驅(qū)動(dòng)力的情況下確保鋼軌焊接性，優(yōu)化si/mn重量比，提升奧氏體碳活度系數(shù)，使貝氏體板條界面碳濃度梯度≥1.8wt%，加速貝氏體相變動(dòng)力特性；
18、（2）通過(guò)優(yōu)化各元素含量對(duì)鋼軌淬透性進(jìn)行控制，通過(guò)控制淬透性因子（di≥2.5），可延緩?qiáng)W氏體分解動(dòng)力學(xué)，確保貝氏體在更寬的冷卻速率范圍內(nèi)形成，避免因冷速不足或成分過(guò)淬導(dǎo)致馬氏體生成，通過(guò)將mo含量控制在0.14%~0.16%、v含量控制在0.08%~0.09%，延遲珠光體形核，使珠光體轉(zhuǎn)變量趨近于零，進(jìn)而改善鋼軌的強(qiáng)度和疲勞壽命；
19、（3）利用mo-v-n協(xié)同析出效應(yīng)，結(jié)合時(shí)效工藝細(xì)化板條，提高鋼軌韌性，強(qiáng)化基體并抑制析出相粗化，提高析出相分布均勻性；
20、（4）通過(guò)冷卻速率與成分耦合作用，設(shè)計(jì)與成分匹配的控制冷卻工藝，先以20~30℃/s的第一冷速冷卻至貝氏體相變區(qū)間溫度，抑制奧氏體分解，為貝氏體轉(zhuǎn)變提供更多動(dòng)力，在貝氏體相變區(qū)間溫度以0.08~0.12℃/s的冷速緩慢冷卻，促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，確保此階段貝氏體轉(zhuǎn)變量≥98%，最后以≤0.5℃/s緩冷，抑制馬氏體形成并避免貝氏體板條粗化。
1.一種促進(jìn)鋼軌完全貝氏體轉(zhuǎn)變的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，si與mn的重量比介于0.62與0.68之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，鑄錠中c重量百分比為0.21%，si重量百分比為1.55%，mn重量百分比為2.35%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，軋制溫度控制在850~950℃之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，軋制累計(jì)壓下率控制在60%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，貝氏體相變區(qū)間溫度為350~480℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二冷速冷卻持續(xù)時(shí)間為1000~1500s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鑄錠采用真空感應(yīng)熔煉制備，熔煉后連鑄成方坯，冷卻速率控制為2~3℃/s。
9.一種貝氏體鋼軌，其特征在于，所述鋼軌采用根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法制造而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的貝氏體鋼軌，其特征在于，所述鋼軌微觀(guān)組織包括體積分?jǐn)?shù)大于98%的貝氏體和余量的薄膜狀殘余奧氏體，貝氏體為長(zhǎng)徑比≥20：1的超細(xì)板條，板條厚度≤180nm，殘余奧氏體膜厚小于20nm，鋼軌抗拉強(qiáng)度≥1450mpa，斷后延伸率≥12%，-40℃沖擊功≥120j，接觸疲勞壽命≥1×107次。