一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料的制作方法

本发明属于铁路连接件，具体涉及一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料。

背景技术：

1、螺旋道钉是铁路扣件系统的重要部件之一，该产品用量极大，对价格及其敏感，为此我国仍采用q235钢制备螺旋道钉，并通过表面涂漆的方法解决防腐问题。由于螺旋道钉服役时需经历震动疲劳、砂石磨损等作用，漆膜很快失效，两年左右螺旋道钉就会出现严重腐蚀问题，给铁路的运行带来极大事故隐患，迫切需要研究新的低成本道钉材料及工艺技术。

2、铁路标准q/cr563-2017腐蚀性能测试、检验方法是针对q235钢涂漆螺旋道钉膜质量检验而制定的，该方法考核的是漆膜本身及涂漆工艺的好坏。由于该方法过于严苛，只有腐蚀性能高于304l的奥氏体不锈钢，通过抛光等工艺才能生产出满足铁路标准q/cr563-2017表面锈斑考核的螺旋道钉产品，这样就使得螺旋道钉材料及加工费用远高于产品采购价，无法满足产品成本要求，无法得到应用；而采用gb/t24511-2017(0cr13)等铁素体不锈钢由于无法满足铁路标准q/cr563-2017表面锈斑考核、材料及产品性能要求，也无法得到应用。

3、近年来，为了提高螺旋道钉的寿命和安装的便利性，国内外主要采用三种技术途径。

4、1、结构改进：

5、中国专利申请号cn202023338698.8公开了一种防转动和增强锚固抗拔力的螺旋道钉，通过在普通螺旋道钉的固端一侧增加防转柄，锚固后防转柄与锚固剂形成一体，使螺旋道钉无论拆装多少次均能使螺旋道钉牢牢的卡在锚固剂中，保证了行车安全。

6、中国专利申请号cn201610837386.0公开了一种铁路混凝土轨枕用3d打印螺旋道钉，该3d打印螺旋道钉分为上部、中部、下部三部分；上部带有标准螺纹，实体内部中心为圆柱形中空；中部为短圆柱形凸台；下部带有多层倒锥形凸台，凸台成梯形排列，实体上带有两个沿螺旋道钉长度方向对称设置的肋，实体内部中心为圆台形中空；该3d打印螺旋道钉抗拔强度高，并能有效的防止螺旋道钉扭转；该3d打印螺旋道钉结构复杂，传统工艺无法生产，采用3d打印技术生产工艺简单，且节省材料。

7、中国专利申请号cn202030199392.5公开了一种防松螺旋道钉，通过外观设计可以防止弹条松动和尼龙套筒松扣而危及行车安全。

8、中国专利申请号cn200720091811.2公开了一种绝缘螺旋道钉，这种绝缘螺旋道钉包括螺旋道钉和螺旋道钉下部的外缘固定绝缘层。

9、2、防腐性能改进：

10、中国专利申请号cn202021437834.6公开了一种石墨烯防腐螺旋道钉，该专利在第二螺纹下侧的道钉杆体、限位环、限位环下方的道钉杆体和第一螺纹的外表面上均静电喷涂有石墨烯防腐粉末涂料构成的防腐层，解决了螺旋道钉会受到雨水或潮湿空气的侵蚀造成螺旋道钉表面锈蚀和螺旋道钉上的螺母产生松动的问题。

11、中国专利申请号cn201310461464.8公开了一种无溶剂铁路螺旋道钉带锈防腐涂料及其制备方法，该涂料按质量份将环氧树脂100份、缩水甘油醚30-40份、聚苯胺0.5-1份和气相白炭黑1-2份，依次加入高速分散机中进行分散；然后将三聚磷酸铝300-400份，铬酸二苯胍0.1-1份，纳米碳酸钙3-5份依次加入经过高速分散机分散的原料中后，继续分散，得到a组分原料混合物；将得到的a组分原料混合物在砂磨机上研磨后出料；将按质量份100份的改性芳香胺加热后，加入按质量份4-6份的水杨酸，保温混合搅拌1小时，得到b组分原料混合物；将研磨后的a组分原料混合物和得到的b组分原料混合物混合，搅拌均匀，即得到最终产品。

12、中国专利申请号cn201410122576.5公开了一种铁路螺旋道钉得到防蚀处理工艺，针对螺旋道钉经复合防蚀处理后，零件表面可获得双层耐蚀化合物层，使之具有优良的耐蚀性和稳定性，渗层脆性小，与基体结合牢固，表面多孔易于形成油膜，并可进一步钝化处理成不同ph值表面形成系列产品，免维护及长寿命的优点。

13、中国专利申请号cn03112263.9公开了一种用q235a螺旋道钉多元共渗处理方法，使得q235a螺旋道钉表层为由铁的氧化物fe3o4及铁氮化合物[fe2-3(n-c)]构成的复合渗层，该复合渗层平均厚度在18μm以上，表面硬度为hv660-hv834，具有良好的防蚀性能，因此使用后不需要铁路巡逻工经常巡察、更换，它具有与轨枕使用相当的寿命，可与其一同更换的，节省了人力、物力，降低了成本，便于推广应用。

14、3、新材料应用：

15、中国专利申请号cn201210078860.8公开了一种改性热固性超高分子环氧树脂铁路专用螺旋道钉，该道钉采用含有12-18％重量份的改性热固性环氧树脂，4-6％重量份的超支化固化交联剂，60-86％重量份的纤维状增强材料，5.5-8.5％重量份的粉体增强材料添加剂材料制造，其耐腐蚀、耐候性好，强度高，性能可达低碳素钢(如gb/t700-1988 q235规定的q235钢工件强度要求)的标准要求。

16、中国专利申请号cn201811072807.0公开了铁路用低成本耐蚀螺旋道钉及其制备工艺，该螺旋道钉的材料成分重量比包括：c≤0.05wt％、si≤0.6wt％、mn为0.5-1.0wt％、s≤0.025wt％、p≤0.03wt％、cr为11.5-15.5wt％余量为fe，棒材经冷拔、墩台、机加工、滚丝制备形成螺旋道钉，螺旋道钉经表面钝化处理制得成品，其具有抗腐蚀性能强，成本低的优点，适合大批量生产加工。

17、通过上述专利资料分析和实际应用情况调研，上述专利都是在满足铁道部q/cr563-2017规定的要求的前提下研制的，但实际使用过程可以发现，尽管现役大量使用的产品都能满足该标准要求，但在沿海潮湿环境、风沙环境等仍然出现螺旋道钉失效问题。

18、为了提高螺旋道钉的使用寿命，采用不锈钢材料是螺旋道钉的必然选择。目前高合金含量的奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢以及价格相对比较低的中铬、高铬铁素体不锈钢aisi430(1crl7)、439(0cr17ti)，加铌的435(0cr17nb)，加钛和铌的441(1cr17tinb)，但由于价格过高，都无法满足低成本要求。

19、低铬铁素体不锈钢主要有gb/t24511-2017(0cr13)及其改进型405(0crl3a1)，410l(00crl3)以及3cr12(00cr12niti)等牌号，由于cr含量较低无法满足铁道部q/cr563-2017规定的力学性能及腐蚀性能要求，需研究新的耐蚀材料和非涂层螺旋道钉的考核方法。

技术实现思路

1、现有的铁路螺旋道钉按照铁道部q/cr563-2017标准的规定，可选择q235或其它性能优于q235的材料制造，制备的螺旋道钉经表面涂漆或其它表面处理工艺进行防腐处理，其腐蚀性能测试、检验方法是针对q235钢涂漆螺旋道钉膜质量检验而制定的，该方法考核的是漆膜本身及涂漆工艺的好坏，只有腐蚀性能高于304l的奥氏体不锈钢，通过抛光等工艺才能生产出满足铁路标准q/cr563-2017螺旋道钉；而采用gb/t24511-2017(0cr13)等铁素体不锈钢无法满足铁路标准q/cr563-2017表面锈斑考核、材料及产品性能要求，使得不锈钢材料的应用陷入困境，此外研究发现常规低成本铁素体不锈钢0cr13在成分区间，绝大多数成分点在轧制后空冷过程会形成马氏体，材料性能无法满足断后伸长率大于22％性能要求。亟需建立新的无涂层螺旋道钉腐蚀、材料性能及产品验收标准作为新材料研究、产品验收检验的依据，否则没有工厂能够生产成分符合gb/t24511-2017(0cr13)标准性能性能满足铁道部q/cr563-2017标准性能要求的棒材。

2、针对上述问题，本发明提供了一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料，该材料在gb/t24511-2017(0cr13)的基础上，通过调整si提高到1.05wt％-1.5wt％、s：≤0.02wt％、p：≤0.025wt％的技术措施，可以使得棒材轧制后空冷过程棒材的大于22％，研制的螺旋道钉比现役q235螺旋道钉寿命提高了几倍，极大的提高了铁路扣件系统的可靠性，为铁路的安全运行提供了可靠保障，为铁路螺旋道钉的低成本化提供了新的解决方案。

3、同时，本发明提出了新的螺旋道钉腐蚀评定方法替代铁路标准q/cr563-2017涂漆螺旋道钉的考核方法，解决了非涂层螺旋道钉的使用性能合格、而按照铁路标准q/cr563-2017腐蚀性能检验不合格的矛盾，本发明利用材料失重或均匀腐蚀考核方法替代铁道部q/cr563-2017规定的表面处理或涂漆锈斑检验方法，解决了吹沙后不锈钢道钉考核不合格的问题，并通过常规q235道钉抽样与本发明一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料制备的道钉进行上道考核的方法建立无涂层道钉的失重或均匀腐蚀的标准。

4、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

5、一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料，是一种道钉的断后伸长率大于22％的铁路用耐蚀螺旋道钉材料，

6、由以下重量百分比的原料制成：

7、 cr： 12.0wt％-14.0wt％、 si： 1.05wt％-1.5wt％、 mn： ≤0.8wt％、 c： ≤0.08wt％、 s： ≤0.02wt％、 p： ≤0.025wt％、 fe： 余量。

8、一种铁路用耐蚀螺旋道钉的制备方法，包括以下制备步骤：

9、1)将上述一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料，按重量比例准备好，混合均匀后经电弧炉熔化、脱硫、脱磷获得高碳钢液、装入aod炉进行脱碳，当成分达到要求后转入中间包进行连铸，连铸成直径85mm的棒坯；

10、将直径85mm的棒坯放在步进式连续加热炉地盘上，炉温设定为1150℃-1200℃，每隔20分钟推进一次，炉内加热时间45分钟，出口取出棒材，棒材温度大于1050℃；

11、2)将上步骤得到的直径85mm的棒材加热后，送入多道轧机经5-6道轧制成直径22mm的圆棒，终轧温度大于850℃，然后冷却到室温；

12、3)将上步骤得到的棒材经冷拔、墩台、机加工、滚丝制备，得到铁路用耐蚀螺旋道钉。

13、本发明还涉及一种铁路用耐蚀螺旋道钉，采用上述一种铁路用耐蚀螺旋道钉的制备方法得到，该铁路用耐蚀螺旋道钉经轧制空冷得到完全铁素体组织，道钉的断后伸长率大于22％。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、1、本发明所述的一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料，通过将gb/t24511-2017(0cr13)中si含量由小于1.0wt％提升到1.05wt％-1.5wt％，经轧制空冷可以得到完全铁素体组织，使得材料的断后伸长率大于22％，解决常规铁素体不锈钢0c13空冷后产品断后伸长率小于22％的问题，满足铁道部q/cr563-2017标准规定螺旋道钉的力学性能和产品性能要求。

16、2、本发明所述的一种铁路用耐蚀螺旋道钉材料，通过增加si元素，控制高温奥氏体的形成过程，解决了0cr13棒材轧制冷却后，棒材断后伸长率不合格的问题，这个解决问题的思路，没有资料报道的方法可以借鉴，具有创新性，现有技术中，也没有根据0cr13成分随机选取的实验来推理出成分改进的思路。

17、3、本发明还提供了一种无涂层铁路螺旋道钉的腐蚀性能考核方法，提出了新的螺旋道钉腐蚀评定方法替代铁路标准q/cr563-2017涂漆螺旋道钉的考核方法，解决了非涂层螺旋道钉的使用性能合格、而按照铁路标准q/cr563-2017腐蚀性能检验不合格的矛盾，研制的螺旋道钉比现役q235螺旋道钉寿命提高了几倍，极大的提高了铁路扣件系统的可靠性，为铁路的安全运行提供了可靠保障，为铁路螺旋道钉的低成本化提供了新的解决方案。