本发明属于化学冶金合金钢制备，具体涉及一种v+n微合金化辙叉钢及其制备方法。
背景技术：
1、耐磨高锰钢(hadfield steel)于1882年英国人发明，至今已有一个多世纪的使用历史，现如今高锰钢已经作为常见的耐磨材料得到大量使用。近年来，大量的研究工作致力于开发其它具有高强度、高硬度、高韧性、高耐磨性等优越性能的新材料。
2、1997年，德国的和frommeyer等人研究了铁锰硅铝系的塑性钢，发现当mn含量提高到25wt.％，同时al和si含量接近3wt.％时，该合金钢具有高延性，其强塑积超过了0.5×105mpa％，是普通trip钢强塑积的两倍，表现出非常优异的机械性能。通过显微组织观察，发现其在拉应力作用下组织内会产生大量的形变孪晶组织，这是该钢具有超高塑性的最大原因，因此它最初被命名为孪晶诱发塑性钢，当其在使用过程中受到较大的冲击载荷作用时，其表层会快速形成高密度孪晶，产生加工硬化，表面硬度在加工硬化后快速升高，由硬化之前的250hv升高到700hv左右，而内部组织仍然是奥氏体组织，表面硬且内部塑韧性没有损失，因此即使受到强烈冲击作用也不容易发生断裂。凭借着这种独特的加工硬化性能以及高安全性等特性，高锰钢在众多耐磨材料中使用地位一直较高，经常应用在强冲击、强变形工况。虽然高锰钢因其优良的加工硬化性能、合适的强度和高韧性而被广泛应用于铁路辙叉，然而，高锰钢辙叉的初始硬度仅为200hb左右，通常在辙叉使用初期耐磨性差，辙叉表面发生严重的塑性变形及磨损而显著降低其使用寿命。因此为了提高铁路辙叉的耐磨性和抗变形能力，需要对高锰钢辙叉基体进行强化。
3、我国对铁路辙叉用高锰钢开展过加v合金化处理的研究，在高锰钢成分的基础上加入v、ti等进行合金化，其目的是为了细化晶粒，提高高锰钢强度，从而提高使用寿命。但是在实际生产中，依靠v、ti细化奥氏体晶粒以提高强度的效果并不显著。
4、现有技术下，公开号为cn101323891a的专利公开了一种纯净高锰钢辙叉的制造方法，通过吹氮增加钢中n含量，钢中n含量最高达到0.07％，屈服强度可提高至380mpa。
5、授权公告号为cn101717889b的专利公开了含纳米原子团高锰钢辙叉及其制造方法，其也是通过提高高锰钢中n含量，同时向钢中加入0.1～0.3的al，通过热处理在奥氏体基体上形成尺寸为几个到几十个纳米的呈-c(n)-me-n(c)-me-结构的纳米原子团，可显著提高高锰钢的加工硬化能力，但含氮高锰钢在制造过程中容易存在气孔缺陷，因为液态钢中n的溶解度较大，随着温度降低n溶解度降低，凝固过程中容易形成气孔，工艺不宜控制，影响高锰钢辙叉的稳定生产。对此，现提出如下技术方案。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题：提供一种v+n微合金化辙叉钢及其制备方法，解决加入合金元素后容易引起高锰钢组织恶化及韧性下降，因此如何提高辙叉强度及使用寿命的技术问题。
2、本发明采用的技术方案：一种v+n微合金化辙叉钢的制备方法，v+n微合金化辙叉钢的化学组成重量百分比为：c：0.6-1.2、mn：14.0-19.0、cr：1.0-4.0、mo：0.5-1.2、v：0.3-0.5、si：0.3-0.7、n：0.008-0.016、p：≦0.035、s：≦0.03，其余为fe，且所述v+n微合金化辙叉钢的层错能为15～45mj/m2；
3、制备方法包括如下步骤：
4、s001、采用熔炼装置熔炼制备钢水：首先向熔炼装置中加入废钢；待废钢熔化后，在氧化期加入氧化钼或mo铁，在还原期后期加入mn铁、cr铁、v铁；并对各成分的含量进行调控；
5、s002、待钢水炉前成分检验合格后调控钢液温度：在出钢前加入含氮cr铁或将含氮cr铁置于钢包中直接出钢冲包；出钢温度为1520～1600℃，浇注温度为1430～1480℃制备成钢锭；
6、s003、将制备好的钢锭进行水韧处理和时效处理得到v+n微合金化辙叉钢。
7、上述技术方案中，进一步地：v+n微合金化辙叉钢在奥氏体基体上具有弥散析出50nm以下的碳氮化物组织。
8、上述技术方案中，进一步地：v+n微合金化辙叉钢屈服强度为500mpa～550mpa。
9、上述技术方案中，优选的：熔炼装置为电弧炉。
10、本发明还请求保护一种v+n微合金化辙叉钢，v+n微合金化辙叉钢根据v+n微合金化辙叉钢的制备方法制备得到：v+n微合金化辙叉钢的化学组成重量百分比为：c：0.6-1.2、mn：14.0-19.0、cr：1.0-4.0、mo：0.5-1.2、v：0.3-0.5、si：0.3-0.7、n：0.008-0.016、p：≦0.035、s：≦0.03，其余为fe。
11、本发明与现有技术相比的优点：
12、1、本发明在出钢前加入含氮cr铁或将含氮cr铁置于钢包中直接出钢冲包，出钢温度控制在1520～1600℃，浇注温度控制在1430～1480℃，在普通高锰钢基础上加入cr元素并适当提升mn的含量，能够提升合金钢强度、延展性和表面硬化能力；此外mn元素的添加可以稳定奥氏体，提高合金钢淬透性，同时还能起到细晶强化和固溶强化的作用；mo元素可以提高合金钢的强度和耐磨性；除此以外v和n等元素的添加可以起到促进第二相形成的作用，均能起到强化合金钢的目的。此外，v和n促进析出的纳米碳氮化物可以对变形孪晶的产生起到抑制作用，而合理的层错能设计又使得合金在变形过程中可产生大量形变孪晶，因此纳米碳氮化物的弥散析出使得形变孪晶非常细，有利于提升合金材料强韧性。
13、2、本发明熔炼步骤根据元素熔点及易烧损程度来确定原材料的加入顺序，具有节约能耗，提高熔炼效率的优势和目的。
14、3、本发明v+n微合金化辙叉钢与普通mn13相比，晶粒尺寸细化1～2级，提高了辙叉钢韧性，减小了裂纹扩展速率，提高了使用寿命。
15、4、本发明v+n微合金化辙叉钢经水韧处理和时效处理后可获得奥氏体基体上弥散析出大量50nm以下碳氮化物的组织，其屈服强度比普通高锰钢提高120～180mpa，可提高辙叉使用初期的耐磨性，相应提高使用寿命。
1.一种v+n微合金化辙叉钢的制备方法，其特征在于：所述v+n微合金化辙叉钢的化学组成重量百分比为：c：0.6-1.2、mn：14.0-19.0、cr：1.0-4.0、mo：0.5-1.2、v：0.3-0.5、si：0.3-0.7、n：0.008-0.016、p：≦0.035、s：≦0.03，其余为fe，且所述v+n微合金化辙叉钢的层错能为15～45mj/m2；
2.根据权利要求1所述v+n微合金化辙叉钢的制备方法，其特征在于：所述v+n微合金化辙叉钢在奥氏体基体上具有弥散析出50nm以下的碳氮化物组织。
3.根据权利要求1所述v+n微合金化辙叉钢的制备方法，其特征在于：所述v+n微合金化辙叉钢屈服强度为500mpa～550mpa。
4.根据权利要求1所述v+n微合金化辙叉钢的制备方法，其特征在于：所述熔炼装置为电弧炉。
5.一种v+n微合金化辙叉钢，所述v+n微合金化辙叉钢根据权利要求1-4任一所述v+n微合金化辙叉钢的制备方法制备得到，其特征在于：所述v+n微合金化辙叉钢的化学组成重量百分比为：c：0.6-1.2、mn：14.0-19.0、cr：1.0-4.0、mo：0.5-1.2、v：0.3-0.5、si：0.3-0.7、n：0.008-0.016、p：≦0.035、s：≦0.03，其余为fe。