一种辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，该贝氏体钢用的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.03％-0.05％，Si：0.3％-0.5％，Mn：1.8％-2.0％，P：≤0.007％，S：≤0.006％，N≤0.0040％，Mo：0.25％-0.45％，Ti：0.03％-0.05％，Cr：0.6％-0.8％，Ni：0.9％-1.1％，Cu：0.3％-0.5％，V：0.020％-0.040％，B：0.002％-0.004％，Als：0.01％-0.02％，其他为铁和不可避免杂质，所述制备方法包括如下步骤：1）冶炼并浇注；2）电渣重熔；3）锻造；4）热处理。
【专利说明】—种辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁冶金【技术领域】，尤其涉及一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺。
【背景技术】
[0002]世界经济的发展，尤其是国内经济的快速发展，人口流动量和货物周转量急剧攀升，这就对承担着60%以上运输任务的铁路列车提出了更高的要求。我国为了适应国内经济快速发展的需要，在最近几年内先后进行了六次大提速，近期国家又确立了大力发展高速铁路的中长期战略目标和规划，然而，随着列车运行速度的提高，必将带来更大的惯性，产生更大的冲击和颠簸，为了保证高速列车的安全性和可靠性，这就对辙叉心轨提出了更高的要求。
[0003]国内现行辙叉为整铸型辙叉，即采用整体铸造的形式将心轨、翼轨、叉跟轨及其他部件铸造在一起，称为高锰钢辙叉，这种结构形式的高锰钢弊端是:
[0004]①化学成分匹配不合理、合金化效果差，如常用的ZGMnl3的化学成分范围是:C
1.00~1.45 ；Mn 11.0~14.00 ；Si 0.30~1.00其余为少量元素如Cr、Mo、S、P等，这种成分配方所组成的材料，C含量较高，冲击性能差、强度低、抗疲劳性能差，不适应于该产品的工作环境。
[0005]②由于整铸型高锰钢辙叉结构形式复杂，其工艺决定了在浇注时钢液的流动性差异很大，结晶时差较大， 必然造成其组织致密度很差，晶粒粗大无法消除，疏松、气孔、夹杂等铸造缺陷在所难免，这就必将造成其性能指标如强度、塑性、韧性、冲击、耐磨、疲劳等较低，导致使用寿命低。目前，平均使用寿命在I亿吨左右，这样的使用寿命给繁忙的铁路运输带来了一系列问题。
[0006]a、在正线铁路轨道，一般I年需更换2次，这样的频繁更换影响正常的铁路运输秩序，是造成列车晚点、列车暂停、也是运输拥挤的重要原因之一。
[0007]b、由于使用寿命低造成铁路建设和维护的成本加大，严重影响着铁路运输的经济效益和社会效益。
[0008]③由于整铸型高锰钢辙叉未经过电渣重熔(精炼)和锻造，性能离散度较大，且高锰钢辙叉制造过程中的不确定因素较多，造成其性能离散度较大，这种性能离散度常因局部缺陷造成非正常损坏，给铁路运输的可靠性和安全性产生极为不利的影响，甚至会造成事故隐患。
[0009]④整铸型高锰钢辙叉产品档次低，不适应我国铁路运输安全、高速、重载的需要:从我国铁路运输开始至今，高锰钢辙叉只是在成分、结构形式发生过变化，而铸态组织一直未变，这样的组织形态造成其产品档次仍然停留在原始状态，无法适应目前我国铁路运输安全、高速、重载的需要。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提出一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，该贝氏体钢克服现有技术中高锰钢的缺陷，更适应当今高速铁路的发展需求。
[0011]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0012]一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，该贝氏体钢用的化学成分以重量百分数计由下列组份组成:c:0.03% -0.05%, Si:0.3% -0.5%, Mn:1.8% -2.0%, P:^ 0.007 %, S: ^ 0.006 %, N ^ 0.0040 %, Mo:0.25 % -0.45 %, Ti:0.03 % -0.05 %,Cr:0.6 % -0.8 %, Ni:0.9 % -1.1 %, Cu:0.3 % -0.5 %, V:0.020 % -0.040 %, B:
0.002% -0.004%, Als:0.01% -0.02 %，其他为铁和不可避免杂质，所述制备方法包括如下步骤:
[0013]I)电炉冶炼，炉外精炼，并调整化学成分，使其满足上述范围，调整浇注温度浇注成坯；
[0014]2)电渣重熔，采用的渣系为氧化铝40%，氧化钙16%，氟化钙36%，氧化硅8% ；渣量为80mm-100mm ;浇注成铸锭；
[0015]3)锻造:将第2)步获得铸锭加热至1230_1250°C，保温2_4小时，然后进行模锻，终锻温度为930-950°C ；
[0016]4)热处理:淬火加热温度为960_980°C，加热时间为2_3小时，水淬；一次回火加热温度为510-530°C，保温时间为2-3小时，出炉后水冷至室温；二次回火温度为200_230°C，保温时间为3-4小时，出炉后空冷至室温。
[0017]本发明中合金元素的作用为:
[0018]C:碳有很强的固溶强化作用，但是本发明为了获得优良的焊接性能及低温韧性而降低了含碳量，同时为能获得低碳贝氏体板条，而将含碳量定在0.03~0.05%。
[0019]Si =Si起到固溶强化作用，添加Si能提高强度，Si还有抑制渗碳体的析出，提高钢的回火温度的作用。
[0020]Mn =Mn在钢中起到固溶强化和提高淬透性的作用，控制Mn/C比可以改善钢的韧性。
[0021]B:B能明显抑制铁素体在奥氏体晶界的形核，可以在较大的冷速范围内都能获得贝氏体组织。
[0022]Mo =Mo能抑制了铁素体转变，降低贝氏体转变温度，细化有效组织。
[0023]Cr:添加Cr能大幅度的提高钢的强度，但是添加过多会影响刚的低温韧性。
[0024]N1:提高钢的强韧性。
[0025]V、T1、Cu微合金元素:添加这些微合金元素能起到细化晶粒及析出强化、固溶强
化等作用。
[0026]本发明具有如下有益效果:
[0027]化学成份配比合理，合金化效果好；制造成本低；锻造比大；金属组织的致密度良好；本体的力学性能好；具体指标是:
[0028]①强度指标
[0029]拉伸强度1430MPa
[0030]屈服强度σ s≤12IOMPa
[0031]②塑性、韧性指标[0032]延伸率A≥16%
[0033]断面收缩率Z≥41 %
[0034]冲击韧性Aku ≥130J/cm2 (室温 +20°C )
[0035]Aku ≥ 58J/cm2 (-40 °C )
[0036]③硬度指标43~45HRC
[0037]④疲劳寿命≥2.7X 106
[0038]⑤焊接性能指标
[0039]碳当量CE ≥ 0.32%
[0040]冷裂敏感系数<0.23%
[0041]⑥金相组织
[0042]组织形态:贝氏体+少量马氏体
[0043]非金属夹杂物:< 1.5级
[0044]晶粒度:>7级
【具体实施方式】
[0045]实施例一
[0046]—种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，该贝氏体钢用的化学成分以重量百分数计由下列组份组成:C:0.03%，S1:0.5%，Mn:L 8%，P:≤ 0.007%，S:≤ 0.006%，N ≤ 0.0040%, Mo:0.45%, Ti:0.03%, Cr:0.8%, Ni:0.9%, Cu:0.5%, V:0.020%, B:
0.004%, Als:0.01%，其他为铁和不可避免杂质，所述制备方法包括如下步骤:
[0047]I)电炉冶炼，炉外精炼，并调整化学成分，使其满足上述范围，调整浇注温度浇注成坯；
[0048]2)电渣重熔，采用的渣系为氧化铝40%，氧化钙16%，氟化钙36%，氧化硅8% ；洛量为80mm ;烧注成铸锭；
[0049]3)锻造:将第2)步获得铸锭加热至1230°C，保温4小时，然后进行模锻，终锻温度为 930 0C ；
[0050]4)热处理:淬火加热温度为960°C，加热时间为3小时，水淬；一次回火加热温度为510°C，保温时间为3小时，出炉后水冷至室温；二次回火温度为200°C，保温时间为4小时，出炉后空冷至室温。
[0051]实施例二
[0052]一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，该贝氏体钢用的化学成分以重量百分数计由下列组份组成:c:0.05 %, Si:0.3 %, Mn:2.0 %, P: ^ 0.007 %, S: ^ 0.006%,N ≤ 0.0040%, Mo:0.25%, T1:0.05%, Cr:0.6%, N1:1.1%, Cu:0.3%, V:0.040%, B:
0.002%, Als:0.02%，其他为铁和不可避免杂质，所述制备方法包括如下步骤:
[0053]I)电炉冶炼，炉外精炼，并调整化学成分，使其满足上述范围，调整浇注温度浇注成坯；
[0054]2)电渣重熔，采用的渣系为氧化铝40%，氧化钙16%，氟化钙36%，氧化硅8% ；洛量为IOOmm ;烧注成铸锭；
[0055]3)锻造:将第2)步获得铸锭加热至1250°C，保温2小时，然后进行模锻，终锻温度为 950 °C ；
[0056]4)热处理:淬火加热温度为980°C，加热时间为2小时，水淬；一次回火加热温度为530°C，保温时间为2小时，出炉后水冷至室温；二次回火温度为230°C，保温时间为3小时，出炉后空冷至室温。
[0057]实施例三
[0058]一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，该贝氏体钢用的化学成分以重量百分数计由下列组份组成:c:0.04%, Si:0.4%, Mn -.1.9%, P:≤ 0.007%, S ≤.( 0.006%,N^0.0040%, Mo:0.35%, Ti:0.04 %, Cr:0.7 %, Ni: 1.0 %, Cu:0.4 %, V:0.030 %, B:
0.003%, Als:0.015%，其他为铁和不可避免杂质，所述制备方法包括如下步骤:
[0059]I)电炉冶炼，炉外精炼，并调整化学成分，使其满足上述范围，调整浇注温度浇注成坯；
[0060]2)电渣重熔，采用的渣系为氧化铝40%，氧化钙16%，氟化钙36%，氧化硅8% ；洛量为90mm ;烧注成铸锭；
[0061]3)锻造:将第2)步获得铸锭加热至1240°C，保温3小时，然后进行模锻，终锻温度为 940 0C ；
[0062]4)热处理:淬火加热温度为970°C，加热时间为2.5小时，水淬；一次回火加热温度为520°C，保温时间为2.5小时，出炉后水冷至室温；二次回火温度为215°C，保温时间为
3.5小时，出炉后空冷至室温。
【权利要求】
1.一种铁路辙叉心轨用贝氏体钢的制备工艺，其特征在于，该贝氏体钢用的化学成分以重量百分数计由下列组份组成:C:0.03% -0.05%,Si:0.3% -0.5%,Mn:1.8% -2.0%,P 0.007%, S 0.006%, N ^ 0.0040 %，Mo:0.25 % -0.45%, T1:0.03 % -0.05 %，Cr:0.6 % -0.8 %, Ni:0.9 % -1.1 %, Cu:0.3 % -0.5 %, V:0.020 % -0.040 %, B:.0.002% -0.004%, Als:0.01% -0.02 %，其他为铁和不可避免杂质，所述制备方法包括如下步骤: 1）电炉冶炼，炉外精炼，并调整化学成分，使其满足上述范围，调整浇注温度浇注成坯； 2)电渣重熔，采用的渣系为氧化铝40%，氧化钙16%，氟化钙36%，氧化硅8%;渣量为80mm-100mm ;浇注成铸锭； 3)锻造:将第2)步获得铸锭加热至1230-1250°C，保温2_4小时，然后进行模锻，终锻温度为 930-950°C ； 4)热处理:淬火加热温度为960-980°C，加热时间为2-3小时，水淬；一次回火加热温度为510-530°C，保温时间为2-3小时，出炉后水冷至室温；二次回火温度为200_230°C，保温时间为3-4小时，出炉后空冷至室温。
【文档编号】C22C38/58GK103789699SQ201210435405
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月3日 优先权日:2012年11月3日
【发明者】华兆红 申请人:无锡市森信精密机械厂