专利名称：一种轨道辙叉用合金钢的制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路轨道技术领域，具体涉及一种轨道辙叉用合金钢的制作工艺。
背景技术：
铁路道岔的辙叉，由辙叉心轨、位于辙叉心轨两侧的左翼轨和右翼轨等构成，辙叉心轨与两翼轨之间有较大的空隙，这样辙叉心轨尖端与两翼轨工作边最接近处形成一有害空间，列车通过时，不可避免的会引起冲击振动，辙叉容易损坏，辙叉损坏将影响列车行驶安全；而由于目前轨道辙叉多为高锰钢制作而成，高锰钢初期的硬度较低，磨耗较快，到了后期由于列车的不断碾压，会造成辙叉顶面的硬度不断提高，进而又会出现辙叉剥离掉块， 进一步的加快了辙叉的伤损；伤损的辙叉将危及列车的行车安全，必须及时予以更换；高锰钢制作的辙叉不仅使用寿命较低，且需经常更换，极大增加了轨道运行成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用寿命长，能有效降低轨道运行成本的轨道辙叉用合金钢的制作工艺。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺，包括以下工艺冶炼-浇铸-锻造-热处理； 具体为(1)冶炼冶炼分为粗炼、精炼及真空脱气三个工序；粗炼采用电弧炉，向电弧炉内加入生铁、废钢、增碳剂、碳化硅；采用光谱分析仪对钢水成分进行控制，电弧炉钢水熔清时C > 0. 50%，如C含量不符合该成分要求，向电弧炉内加入C，直至C > 0. 50%，控制钢水温度在1560°C以上，炉渣流动性良好时吹氧去磷脱碳，氧化完毕时C含量为0. 1-0. 13%，P彡0.012%，达到此成分要求时对钢水进行扒渣；氧化渣被扒除后向钢水中加入预脱氧剂脱氧，加入1-1. 5%倍钢水重量的稀薄渣料，进行还原反应，调整钢水内合金成分，控制各合金成分至其范围下限，即Si为1.60%， Mn 为 1. 60%，Cr 为 1. 40%，Ni 为 0. 50%，Mo 为 0. 33%，钢水温度在 1680_1700°C 出钢；精炼采用电弧炉，向钢水内加入精炼渣料，采用光谱分析仪对钢水成分进行控制，控制各合金成分至其范围中限，即Si为1.90%，Mn为1.90%，Cr为1.65%，Ni为 0. 55%, Mo为0. 38%，钢水温度在1700-1710°C时停止精炼；出钢后向钢水内加入生铁、铬铁、钼铁、中碳锰铁、高碳锰铁、硅铁及电解镍，然后钢水进入真空炉内真空脱气；真空脱气采用真空炉，真空脱气处理18 20分钟，计时开始时间控制在5-6分钟，处理过程吹氩，真空脱气后向钢水中加入铝，加入稀土合金Ce ；根据光谱分析结果，当碳含量不足时喂碳，控制钢水合金成份在范围内，即C 0. 23 0.观％，Si 1. 60 2. 20%， Mn 1. 60 2. 00%,Cr 1. 40 1. 90%,Ni :0. 50 0. 60%,Mo :0. 33 0. 43%,Al :0. 15 0. 20%,Ce 0. 01 0. 02%,P 彡 0. 02%, S ^ 0. 02%，其余为 Fe，N 含量为彡 80. OPPm ；H 含量为彡1.2ppm;0含量为彡20. Oppm;出钢温度在1575_1585°C ；(2)浇铸钢水从真空炉中出来后钢水温度在1560_1565°C时开始浇注，如钢水温度达不到，将钢水放入精炼炉中升温；浇铸时锭模内加保护渣4. 5kg/锭，钢水升至帽口时加入发热剂0. 5kg/锭，保温剂4. 5kg/锭，浇注完毕2. 5小时后入缓冷坑；⑶锻造锻造后的坯料体积为锻造前坯料体积的95 97%，锻造压力为3 4吨；(4)热处理热处理分为三步，分为退火-淬火-回火，热处理工艺采用电炉，采用PLC自动控温燃气方式加热及保温；退火；首先对(3)处理后的坯料升温至680 700°C，保温2 2. 5小时；再升温至880 900°C，保温4. 5 5小时；降温至沘0 300°C，保温5. 5 6小时；淬火；将退火处理后的坯料升温至900 920°C，然后取出坯料，悬挂自然冷却；回火；将淬火处理后的坯料升温至330 350°C，保温5. 5 6小时后，取出坯料自然冷却。由所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺制作的合金钢中有害成分N的含量为彡80. OPPm, H的含量彡1. 2ppm, 0的含量为彡20. Oppm0所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时加入的生铁中C含量为4. 20 4. 50%，其它为铁。所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时加入的铬铁中铬含量为59 60%，C含量为 0. 20 0. 25%，其它为铁。所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时加入的钼铁中钼含量58 60%，其它为铁。所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时加入的中碳锰钢中锰含量为79 80 %，C含量为1.40 1.50%，P含量为0. 16 0. 18%，其它为铁。所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时加入的高碳锰铁中锰含量为75 76%，C含量为6. 60 6. 80%，P含量为0. 12 0. 14%，其它为铁。所述合金钢轨道辙叉用合金钢的化学组成包括，以重量百分比计C :0. 23 0. 28%, Si 1. 60 2. 20%, Mn :1. 60 2. 00%, Cr :1. 40 1. 90%, Ni :0. 50 0. 60%, Mo 0. 33 0. 43%, Al 0. 15 0. 20%, Ce 0. 01 0. 02%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%，其余为1 ;所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时加入的硅铁中硅含量为75 76%，其它为铁； 电解镍中镍含量为100%。本发明的优点在于所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺，通过控制合金钢内各合金成分配比；同时通过在冶炼、浇注过程中对P、s等有害成分比例的控制；采用合金元素的特定添加步骤，并用直读光谱分析仪进行钢水成份控制与合金元素配制方案实现；采用LF 精炼、真空脱气工艺大大降低钢水中夹杂物和N、H、0等有害气体的含量，避免由此造成的钢材的抗拉强度和低温冲击等性能不合格的现象的发生；热处理采用PLC自动控温燃气方式加热，加热速度快；由所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺制作的合金钢产品性能为抗拉强度ob彡1250MPa;屈服强度σ 0. 2彡IlOOMPa ；延伸率δ5(%。)彡10;断面收缩率Ψ (%。)彡25 ；室温冲击韧性α ku(42°C )彡75J/cm2 ；低温冲击韧性σ ku(_40°C )彡35J/ cm2 ；硬度HRC37-42 ；由此合金钢制作的轨道辙叉的抗拉强度和低温冲击等性能远好于高锰钢，轨道辙叉的使用寿命能大大提高，无需频繁更换，能大大降低轨道运行成本。
具体实施例方式下面通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺，包括以下工艺冶炼-浇铸-锻造-热处理； 具体为；(1)冶炼在冶炼过程中需对P、S等有害成分比例进行控制，同时需对Ν、Η、0等有害气体进行控制，防止因夹杂物去除不净，有害气体残留过多而造成钢材的抗拉强度和低温冲击等性能不合格的情况出现；冶炼分为粗炼、精炼及真空脱气三个工序，具体为粗炼采用电弧炉，向电弧炉内加入生铁、废钢、增碳剂、碳化硅；采用光谱分析仪对钢水成分进行控制，电弧炉钢水熔清时C > 0. 50%，如C含量不符合该成分要求，向电弧炉内加入C，直至C > 0. 50%，控制钢水温度在1560°C以上，炉渣流动性良好时吹氧去磷脱碳，氧化完毕时C含量为0. 1-0. 13%,P^ 0. 012%，达到此成分要求时对钢水进行扒渣；扒除全部氧化渣后迅速加入预脱氧剂脱氧，预脱氧剂为碳化硅；加入1-1. 5%倍钢水重的稀薄渣料，稀薄渣料为莹石(块矿)，化学成分为CaF2、Si02、S、P ；进行还原反应， 调整钢水内合金成分，控制各合金成分至其范围下限，即Si为1. 60%, Mn为1. 60%, Cr为 1. 40%，Ni为0. 50%，Mo为0. 33%，钢水温度在1680-1700°C出钢；预脱氧剂及稀薄渣料可直接在市场上购买；精炼采用电弧炉，向钢水内加入精炼渣料，精炼渣料的化学成分为CaF2、 A1203、Si02、Ca0、Fe203、Mg0、H20，精炼渣料可直接在市场上购买；保持渣况良好，采用光谱分析仪对钢水成分进行控制，控制各合金成分至其范围中限，即Si为1. 90%，Mn为1. 90%, Cr为1. 65%，Ni为0. 55%，Mo为0. 38%，钢水温度在1700-1710°C时停止精炼；出钢后向钢水内再次加入生铁、铬铁、钼铁、中碳锰铁、高碳锰铁、硅铁及电解镍，然后钢水进入真空炉内真空脱气；真空脱气采用真空炉，真空脱气处理18 20分钟，计时开始时间控制在5-6分钟，处理过程吹氩，氩气压力不要过大，保持钢水液面适当沸腾即可，真空脱气后向钢水中加入铝，加入稀土合金Ce ；根据光谱分析结果，当碳含量不足时喂碳，但碳补喂量要小于 0. 01%，控制钢水成份范围在，C 0. 23 0.，Si :1. 60 2. 20%，Mn :1. 60 2. 00%， Cr 1. 40 1. 90%,Ni :0. 50 0. 60%,Mo :0. 33 0. 43%,Al :0. 15 0. 20%,Ce :0. 01 0. 02%,P^ 0. 02%,S^ 0. 02%,其余为Fe，控制夹杂物含量为；N含量为彡80. OPPm ；H含量为彡1.2ppm;0含量为彡20. Oppm;出钢温度在1575_1585°C，(2)浇铸钢水从真空炉中出来后钢水温度在1560_1565°C时开始浇注，如钢水温度达不到， 将钢水放入精炼炉中升温；浇铸时锭模内加保护渣，保护渣的化学成分为C、A1203、Si02、 CaO、Fe203, MgO ；钢水升至帽口时加入发热剂，发热剂的化学成分为A1和H20 ；加入保温剂，保温剂的化学成分C、A1203、Si02、Ca0、H20，浇注完毕2. 5小时后入缓冷坑；保护渣、发热剂及保温剂直接在市场上购买；(3)锻造锻造采用机械压力机、平锻机、空气锤等设备，采用的锻造压力为3 4吨；锻造后的坯料体积为锻造前坯料体积的95 97% ；(4)热处理热处理分为三步，分为退火-淬火-回火，热处理工艺采用电炉，采用PLC自动控温燃气方式加热及保温；退火；首先对(3)处理后的坯料升温至680 700°C，保温2 2. 5小时；再升温至880 900°C，保温4. 5 5小时；降温至沘0 300°C，保温5. 5 6小时；淬火；将退火处理后的坯料升温至900 920°C，然后取出坯料，悬挂自然冷却；回火；将淬火处理后的坯料升温至330 350°C，保温5. 5 6小时后，取出坯料自然冷却。所述冶炼(1)工序中，粗炼及精炼时，生铁中C含量为4.20 4.50%;铬铁中铬含量为59 60%，C含量为0. 20 0. 25% ；钼铁中钼含量58 60%，中碳锰钢中锰含量为 79 80%，C含量为1.40 1.50%，P含量为0. 16 0. 18% ；高碳锰铁中锰含量为75 76%, C含量为6. 60 6. 80%，P含量为0. 12 0. 14% ；硅铁中硅含量为75 76% ；电解镍中镍含量为100%。所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺，钢锭模，各合金材料、浇注用耐材、引流剂、保护渣应烘烤100°c以上保温2小时以上，保温剂、发热剂等其他材料不烘烤，但须保持干燥， 摆放好的浇注系统要用高压风吹净系统内灰尘等杂物，并用吸风管吸除净锭模内残存灰尘；浇注锭身5-7分钟，帽口补缩4-6分钟，控制好浇速，保证钢液在锭模内平稳上升。所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺制作的合金钢中有害成分N的含量为彡80. OPPm, H的含量为彡1. 2ppm, 0的含量为彡80. OPPm0所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺，制作的轨道辙叉用合金钢的化学组成包括， 以重量百分比计C :0. 23 0. 28%, Si :1. 60 2. 20%, Mn :1. 60 2. 00%, Cr :1. 40 1. 90%,Ni 0. 50 0. 60%,Mo :0. 33 0. 43%,Al :0. 15 0. 20%,Ce 0. 01 0. 02%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%，其余为！^e ；其中碳提高钢的屈服点和抗拉强度，但塑性和冲击性降低；硅硅是还原剂和脱氧剂，硅能提高钢的弹性极性，硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用；锰锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，较一般让一般钢有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能；铬铬能够显著提高刚的强度、硬度和耐磨性，提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性；镍能提高钢的塑性和韧性，在高温下有防锈和耐热能力；钼使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时使得钢保持足够的强度和搞蠕变能力；铝钢中的脱氧剂，可细化晶粒，提高冲击韧性，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力；
铈提高延展性，降低和消除氧、硫对钢的性能危害。所述轨道辙叉用合金钢的制作工艺，通过在冶炼、浇注过程中对P、S等有害成分比例的控制；采用特定配比的合金原料，并采用特定添加步骤，并用直读光谱分析仪进行钢水成份控制与合金元素配制方案来实现；采用LF精炼、真空脱气工艺可以大大降低钢水中夹杂物和N、H、0等有害气体的含量，避免由此造成的钢材的抗拉强度和低温冲击等性能不合格的现象的发生；热处理采用特定稳定，提高产品性能，并采用PLC自动控温燃气方式加热，温控准确迅速；因而大大提高产品重量和使用寿命；由该制作工艺制作的轨道辙叉用合金钢的产品性能为抗拉强度σ b彡1250MPa ；屈服强度σ 0. 2彡IlOOMPa ；延伸率 δ 5 (%o)彡10 ；断面收缩率Ψ (%。)彡25 ；室温冲击韧性α ku(42°C )彡75J/cm2 ；低温冲击韧性σ ku(-40°C )彡35J/cm2 ；硬度HRC37-42 ；由此合金钢制作的轨道辙叉的抗拉强度和低温冲击等性能远好于高锰钢，轨道辙叉的使用寿命能大大提高，无需频繁更换，能大大降低轨道运行成本。上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制， 只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于包括冶炼-浇铸-锻造-热处理； 具体为(1)冶炼冶炼分为粗炼、精炼及真空脱气三个工序；粗炼采用电弧炉，向电弧炉内加入生铁、废钢、增碳剂、碳化硅；采用光谱分析仪对钢水成分进行控制，电弧炉钢水熔清时C > 0. 50%，如C含量不符合该成分要求，向电弧炉内加入C，直至C > 0. 50%，控制钢水温度在1560°C以上，炉渣流动性良好时吹氧去磷脱碳，氧化完毕时C含量为0. 1-0. 13%,P^O. 012%，达到此成分要求时对钢水进行扒渣；氧化渣被扒除后向钢水中加入预脱氧剂脱氧，加入1-1. 5%倍钢水重量的稀薄渣料，进行还原反应，调整钢水内合金成分，控制各合金成分至其范围下限，钢水温度在 1680-1700°C出钢；精炼采用电弧炉，向钢水内加入精炼渣料，采用光谱分析仪对钢水成分进行控制，控制各合金成分至其范围中限，钢水温度在1700-1710°C时停止精炼；出钢后向钢水内加入生铁、铬铁、钼铁、中碳锰铁、高碳锰铁、硅铁及电解镍，然后钢水进入真空炉内真空脱气；真空脱气采用真空炉，真空脱气处理18 20分钟，计时开始时间控制在5-6分钟，处理过程吹氩，真空脱气后向钢水中加入铝，加入稀土合金Ce ；根据光谱分析结果，当碳含量不足时喂碳，控制钢水C及各合金成份在范围内，出钢温度在1575-1585°C ；(2)浇铸钢水温度在1560-1565°C时开始浇注；(3)锻造锻造后的坯料体积为锻造前坯料体积的95 97% ；(4)热处理热处理分为三步，分为退火-淬火-回火，热处理工艺采用电炉，采用PLC自动控温燃气方式加热及保温；退火；首先对(3)处理后的坯料升温至680 700°C，保温2 2. 5小时；再升温至 880 900°C，保温4. 5 5小时；降温至沘0 300°C，保温5. 5 6小时；淬火；将退火处理后的坯料升温至900 920°C，然后取出坯料，悬挂自然冷却；回火；将淬火处理后的坯料升温至330 350°C，保温5. 5 6小时后，取出坯料自然冷却。
2.按照权利要求1所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于由该制作工艺制作的合金钢中有害成分N的含量为彡80. OPRii，H的含量为彡1. 2ppm, 0的含量为 (20. Oppm0
3.按照权利要求1或2所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述锻造工序中，锻造压力为3 4吨。
4.按照权利要求3所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述冶炼(1) 工序中，粗炼及精炼时加入的生铁中C含量为4. 20 4. 50%，其它为铁。
5.按照权利要求4所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述冶炼(1) 工序中，粗炼及精炼时加入的铬铁中铬含量为59 60%，C含量为0. 20 0. 25%，其它为铁。
6.按照权利要求5所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述冶炼(1) 工序中，粗炼及精炼时加入的钼铁中钼含量58 60%，其它为铁。
7.按照权利要求6所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述冶炼(1) 工序中，粗炼及精炼时加入的中碳锰钢中锰含量为79 80%，C含量为1. 40 1. 50%, P 含量为0. 16 0. 18%，其它为铁。
8.按照权利要求7所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述冶炼(1) 工序中，粗炼及精炼时加入的高碳锰铁中锰含量为75 76%，C含量为6. 60 6. 80%，P 含量为0. 12 0. 14%，其它为铁。
9.按照权利要求8所述的轨道辙叉用合金钢的制作工艺，其特征在于所述冶炼(1) 工序中，粗炼及精炼时加入的硅铁中硅含量为75 76%，其它为铁；电解镍中镍含量为 100%。
全文摘要
本发明公开了一种轨道辙叉用合金钢的制作工艺，包括冶炼、浇铸、锻造及热处理；由该制作工艺制作的合金钢制作的轨道辙叉的抗拉强度和低温冲击等性能远好于高锰钢，轨道辙叉的使用寿命能大大提高，无需频繁更换，能大大降低轨道运行成本。
文档编号C22C38/44GK102409138SQ201110336790
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者奚正玉, 张宝华, 曹桂林, 汪赵艳, 王次才, 王飞, 钱正秀 申请人:芜湖山桥铁路器材有限公司