一种高铁用含稀土焊接过渡钢及其制备方法与流程

本发明涉及冶金制造
技术领域：
，具体涉及一种高铁用含稀土焊接过渡钢及其制备方法。
背景技术：
：近年我国高速铁路的快速发展以及高铁国际市场的逐步开拓，使得我国高铁焊接材料使用量激增。但由于钢轨、高锰道岔等材料焊接性能较差，在高铁上使用量大而且混合使用，使得其混合焊接技术及工艺成为世界性难题。高锰钢和高碳钢在化学成份、物理性能、力学性能的差异较大。高锰钢焊接时，热应力区容易析出碳化物，并且晶界上的富集的硫、磷也都会造成热裂现象；而高碳钢在焊接中由于淬硬现象，焊接应力大，也会导致冷裂纹的产生。因此这两种材料所需的焊接工艺也有所区别。一般而言，对高锰钢的焊接都采用水中焊接，焊后激冷的冷焊方式，而高碳钢在焊接时一般需预热到400℃以上，采用热焊方式进行焊接。除了焊接工艺以外，这两种材料的热膨胀系数也具有较大差别，因此直接焊接也会造成大的应力变形，降低焊接接头质量。为解决上述问题，目前对高锰钢和高碳钢的混合焊接一般都会采用具有特定成份的焊接介质。早期如奥地利(CN1058556A，AT-PS350881)采用含Nb或Ti的CrNi钢，如X10CrNiTi189，X10CrNiNb189，X10CNiTi1810或X5CrNiNb1810。德国专利(DE-PS2962070)中提出采用含Ni合金，如普通CrNi钢或含锰CrNi钢作为连接材料。考虑到双相不锈钢在受热过程中不易发生晶粒长大和碳化物析出现象，同时其熔点、膨胀系数和导热系数与对焊接要求较高的高锰钢相近，燕山大学(CN1275463A)提出用CrMnNiMo系奥氏体-铁素体双相钢作为连接介质。为克服上述焊接介质制造难题，降低生产成本，中铁宝桥(CN101474713A)提出采用国标牌号的不锈钢(0Cr18Ni12Mo2Ti)作为焊接介质，成本低，实用性强。山东远大模具材料有限公司(以下简称为山东远大)在此基础上增加了Ni含量，降低Mo含量，并在材料中增加了Ti，约束P≤0.02；S≤0.01(CN101748344A)。后者在制造过程中需经过中频冶炼、电渣重熔、退火、下料、锻造、扩氢处理、固溶处理、机械加工等诸多道次最后成为合格的焊接介质，山东远大定义为焊接钢。上述材料的焊接工艺均采用闪光焊方法进行焊接，在焊接过程中回避了温度对焊接接头质量的影响，具有较高的焊接质量，高效、快捷，但成本高，焊接设备便携性差，难以满足野外施工的需要。为适应我国国情，唐山铁路道岔厂和哈尔滨工业大学(CN1442265A)联合提出一种高碳钢钢轨与高锰钢撤叉焊接工艺方法。他们针对钢轨和撤叉的不同材料，分别在钢轨侧采用Cr-Ni-Mo焊材、在撤叉侧采用Mn-Cr-Ni焊材，在两侧分别用手工电阻焊堆焊，然后对堆焊焊接介质进行焊接，以满足连接钢轨和撤叉的连接需求。但上述焊接介质对焊接母材本身的焊接裂纹现象尚缺乏有效的抑制手段，并且焊材本身的制备手段或者难以满足高铁日益提高的接头质量要求，或者制造过程过于复杂，成本过高。焊接材料与焊接手段联系紧密，灵活性差。技术实现要素：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可以适应多种焊接手段、适用于高锰钢与高碳钢连接的焊接介质，以适应高铁复杂运行环境，并且要求具有较高运行可靠性的使用需求。一种高铁用含稀土焊接过渡钢，主要包括成份配比及制造工艺，其特征在于：根据高铁用钢的特点，向焊接过渡钢中引入稀土成份，其化学成分范围为：C：0.05-0.2%、Si：≤0.5%、Cr：15-18%、Mn：2.0-6.0%、Ni：6-13%、Mo：0.7-1.2%、S+P：≤0.025%、稀土硅铁：0.5-1.5%及余量为Fe。进一步地，所述的制造工艺采用真空感应熔炼原位铸造方法，包括以下工艺步骤，根据化学成分配料-真空感应熔炼-真空原位铸造-退火-下料-锻造-固溶处理-机加工-检验，制备成为焊接过渡钢成品。进一步地，所述的真空感应熔炼工艺主要1)采用真空熔炼及铸造方法，真空度10-2-102Pa，回充惰性气体至102-103Pa以降低Mn的挥发；2)采用工频或中频熔炼，以增加熔体搅拌，促进熔体温度、成分均匀。进一步地，所述的原位铸造方法1)浇铸模或者半连续铸造的中间包置于同一真空腔中；2)根据铸锭尺寸，可以选用单包或者多包感应熔炼并原位浇铸；3)半连续铸造采用中间包及水冷结晶器方案在真空腔室中成型，并可用下引法或水平连铸方法在真空腔外引出铸锭。一种高铁用含稀土焊接过渡钢制备方法，包括如下步骤：步骤一、根据化学成份确定配料方案，采用低S、P配料，纯净，大小适中料块；步骤二、采用真空单包或多包感应熔炼铸造方案，真空度满足10-2-102Pa，根据铸锭大小选择单工位或多工位工频或中频感应熔炼，回充惰性气体至102-103Pa以降低Mn的挥发；步骤三、装料时大块料靠坩埚壁，小块在中间和底部，先以较小功率通电(40-60%)，10分钟后，再用大功率，大部分熔化后加入少量造渣材料；步骤四、熔炼完成静置，通过在坩埚出料口或中间包进料口处设置挡渣坝挡渣；步骤五、在同一真空舱中将精炼完成的钢液按照设定浇铸工艺浇入铸模或者半连续铸造的中间包中，凝固成型。半连续铸造法可通过下引法或者水平铸造的方法引出真空腔，并在真空腔外进行二次冷却；步骤六、经退火，下料，锻造，固溶处理以后，使其满足焊接形状及质量要求。与现有处理技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明能够对难以降解的对苯二甲酸进行回收，节约处理成本，结合了多效催化氧化和生物膜技术去除废水中有机物，实现了硫酸钠回用和纯水回用，真正实现了全面梯级资源化。附图说明图1是本发明实施例1中真空工频冶炼及原位倾转铸造装置示意图。图2是本发明实施例2中双包真空冶炼及半连续铸造装置示意图。具体实施方式结合附图对本发明作进一步说明。实施例1真空工频熔炼单包浇铸（如图1所示）焊接钢成份配比：C：0.05-0.2%，Si：≤0.5%，Cr：15%，Mn：6.0%，Ni：6%，Mo：0.9%，S+P：≤0.025%，稀土硅铁：1%，余量为Fe。熔炼原材料：纯度不小于99.9%的电解Mn；电解Cr；纯Ni板；纯Mo棒，工业纯铁，稀土硅铁。其中稀土硅铁成份如表所示：SiFeMnTiCeLaPrNdSm40%20%5%3%15%8%3%5.1%0.9%焊接母材：锻后高碳钢：U71Mn，水韧处理高锰钢：ZGMn13。真空冶炼：采用真空工频冶炼，采用机械泵+罗茨泵组合抽真空至10-2Pa，回充惰性气体至103Pa。熔炼坩埚使用碱性炉衬，使用前进行烘烤，烘烤温度250-350℃，烘烤时间6-8小时。除电解锰、稀土硅铁以外，其余原料放入炉中。工频炉60%通电10分钟后，满功率升温。至浇铸温度后保温30分钟，并保持搅拌状态，确保熔体温度及成分均匀。出炉前将电解锰和稀土硅铁放入炉中。继续保温10分钟，保持熔体温度及成分均匀。出炉前取样分析成份，当成份符合要求时，留样后进行浇铸。铸造：铸造设备与真空冶炼处于同一真空腔中，真空冶炼完成后，即进行原位倾转浇铸。浇铸温度1600-1650℃。模温控制在200-400℃。锻造热处理：将铸造成型铸锭下料、保温、后进行锻造。始锻温度1100-1200℃，终锻温度900-950℃。锻造完成后，进行固溶热处理。机械加工：将热处理完成原材料按待焊接工件外形加工成型，并清理干净。检验：包括外形检验及性能检验。焊接工艺：在400℃预热高碳钢接头与焊接钢，进行常规电阻焊或闪光焊，再在另一端焊接高锰钢，焊接过程中注意强制冷却。实施例2真空中频熔炼双包半连续浇铸（如图2所示）焊接钢成份配比：C：0.05-0.2%，Si：≤0.5%，Cr：15-18%，Mn：2.0-6.0%，Ni：6-13%，Mo：0.7-1.2%，S+P：≤0.025%，稀土硅铁：0.5-1.5%，余量为Fe。熔炼原材料：纯度不小于99.9%的电解Mn；电解Cr；纯Ni板；纯Mo棒，工业纯铁，稀土硅铁。其中稀土硅铁成份如表所示：SiFeMnTiCeLaPrNdSm40%20%5%3%15%8%3%5.1%0.9%焊接母材：锻后高碳钢：U71Mn，水韧处理高锰钢：ZGMn13。真空冶炼：采用真空中频炉冶炼，采用机械泵+罗茨泵组合抽真空至10-2Pa，回充惰性气体至103Pa。熔炼坩埚使用碱性炉衬，使用前进行烘烤，烘烤温度250-350℃，烘烤时间6-8小时。除电解锰、稀土硅铁以外，其余原料放入炉中。中频炉50%通电10分钟后，满功率升温。至浇铸温度后保温30分钟，并保持搅拌状态，确保熔体温度及成分均匀。出炉前将电解锰和稀土硅铁放入炉中。继续保温10分钟，保持熔体温度及成分均匀。出炉前取样分析成份，当成份符合要求时，留样后进行半连续浇铸。半连续铸造：半连续铸造设备与真空冶炼处于同一真空腔中，真空冶炼完成后，即进行半连续浇铸。浇铸温度1600-1650℃。半连续浇铸结晶器水温控制在40-60℃。锻造热处理：将铸造成型铸锭下料、保温、后进行锻造。始锻温度1100-1200℃，终锻温度900-950℃。锻造完成后，进行固溶热处理。机械加工：将热处理完成原材料按待焊接工件外形加工成型，并清理干净。检验：包括外形检验及性能检验。焊接工艺：在400℃预热高碳钢接头与焊接钢，进行常规电阻焊或闪光焊，再在另一端焊接高锰钢，焊接过程中注意强制冷却。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3