CN100484701C - 高锰钢辙叉心轨的锻造(轧制)生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铁路组合辙叉心轨的锻造(轧制)生产方法，其特征在于该生产方法包括制得普通高锰钢或经过合金化的高锰钢铸锭，将铸锭锻造(轧制)成型后的毛坯直接进行水韧处理或在缓慢冷却后再重新加热进行水韧处理，和最后机械加工成高锰钢辙叉心轨的步骤。其中所述锻造(轧制)的始锻温度为≤1350℃，终锻(轧制)温度≥900℃，锻造成型时的锻造比在1.5～10.0的范围内。本法采用锻造(轧制)加工取代铸造加工，消除了铸件的内部缺陷，显著改善了辙叉心轨的综合机械性能，大大提高了辙叉的承载能力。

Description

高锰钢辙叉心轨的锻造(轧制)生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于铁路组合辙叉中高锰钢辙叉心轨的锻造(轧制)生产方法，尤其涉及将高锰钢铸造钢锭加热保温后，采用锻造(轧制)的方法进行锻造成型，而后进行水韧处理以及机械加工成高锰钢辙叉心轨的过程。

背景技术

辙叉是铁路线上最重要的部件，它承担着转向分流的任务。它所承受的载荷为列车车轮的高速冲击和磨擦。在这种苛刻的服役条件下，高锰钢仍具有韧性好，承载硬化高，耐磨性好等优点，所以近百年以来高锰钢一直都被广泛应用于铁路辙叉的制造中。

广泛使用的普通高锰钢(ZGMn13)辙叉的化学成分为C0.9％-1.4％，Mn11％-14％，其余为铁和少量杂质元素，如，Si、S、P等。原先的辙叉一般为整铸高锰钢辙叉，由于在铸造过程中存在着各式各样的铸造缺陷，如疏松、缩孔、微裂纹、晶粒和夹杂物粗大及成分组织偏析等，而使辙叉在使用过程很容易产生纵向水平裂纹、垂直裂纹、压塌、剥离掉块等，从而导致高锰钢辙叉失效，降低使用寿命。目前，我国生产的整铸高锰钢辙叉的平均使用寿命(过载量)仅为1.2亿吨。

为了进一步提高高锰钢辙叉的使用寿命，人们已经从下列两个方面开展了广泛深入的研究，获得了许多研究成果，从而使辙叉使用寿命有了较大幅度的提高：

第一，从材质上来进行改善，即在原来高锰钢化学成分的基础上通过合金化的手段来提高辙叉的使用寿命。国家专利《铁路辙叉专用含氮奥氏体锰铬钢》(公开号CN1451777)报道了在普通高锰钢化学成分的基础上添加一定量的氮、铬、钒和稀土元素，而使高锰钢辙叉的使用寿命提高50％-80％，过载量可达2亿吨以上。

第二，从设计上对辙叉的总体结构进行改进，采用了新的结构——组合辙叉。使辙叉中仅心轨或叉心部分采用铸造高锰钢或者合金钢。通过焊接和/或螺栓连接的方法将它们与翼轨或翼轨和连心轨连接起来，组合成组合辙叉。

对于铸造高锰钢心轨，由于其尺寸的减小将使其内部的铸造缺陷减少而最终使组合辙叉的使用寿命得到提高。其使用过载量可达1.8亿吨。但这样的措施不能完全消除铸造缺陷的存在，因而它们提高辙叉使用寿命的程度是有限的。随着重载、高速列车的发展，铸造高锰钢内部存在的不足进一步凸显出来，最大程度地消除铸造高锰钢的铸造缺陷，无疑会使此类高锰钢心轨组合辙叉的使用寿命得到更大的提高。

对于用作组合辙叉中心轨或叉心的合金钢，由于其强度较高，而使组合辙叉的使用寿命有了进一步的提高。其中，最有代表性的合金钢是贝氏体钢。国家专利《高速准高速铁路辙叉高性能耐磨钢》(公开号CN1208776)和专利《铁道辙叉专用超强高韧可焊接空冷鸿康贝氏体钢》(公开号CN1256323)报道了采用贝氏体钢来代替铸造高锰钢用作组合辙叉中的心轨，以及专利《铁路锻焊辙叉》(公开号CN2302284)和专利《合金钢复合辙叉》(公开号CN2570315)进一步报道了在组合辙叉的结构中，心轨分别采用了中锰或锰铬钢和合金钢，而使组合辙叉的使用寿命提高，其使用寿命是整铸高锰钢辙叉的2倍以上。

对于合金钢心轨之所以能提高组合辙叉使用寿命的原因，他们普遍都认为是由于合金钢心轨的组织结构为强韧性较高的贝氏体组织或贝氏体/马氏体复相组织，因而使用寿命得到了提高。但我们知道，材料的强度越高，一般地其塑性和韧性将越低。而对于在辙叉所承受的载荷为列车车轮的高速冲击和磨擦等这种苛刻的工况下，为了提高组合辙叉的使用寿命，我们应该强调的是在保证材料具有较高强度的基础上，尽可能地提高材料的塑性和韧性。合金钢组合辙叉使用寿命高的原因到底何在，姑且不论，由于高锰钢本身有韧性好，承载硬化高，耐磨性好等优点，因而可以认为在消除了诸如疏松、晶粒和夹杂物粗大及成分组织偏析等铸造缺陷之后，高锰钢辙叉的使用性能将肯定会得到大幅度的提高。因此，为了消除高锰钢的铸造缺陷，以便可以充分地发挥高锰钢的性能优势，开发出新的生产方法是完全必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是针对现有组合辙叉中心轨的选材和生产方法的弊端，从生产方法和工艺上对它进行改进，提出一种将高锰钢铸锭进行加热、锻造(轧制)，经一定变形量的锻造成型和热处理后，再经少量的机械加工，加工成高锰钢辙叉心轨的工艺方法。由于这种方法使所获得的高锰钢辙叉心轨的铸造缺陷大为减少，因而高锰钢的性能以及组合辙叉的使用寿命将得到大幅度的提高。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种高锰钢辙叉心轨的锻造或轧制生产方法，包括步骤A制得普通高锰钢或经过合金化的高锰钢铸锭，其特征在于步骤B将铸锭加热后，采用自由锻、模锻或轧制的方法进行锻造成型，其始锻或始轧温度≤1350℃，终锻或终轧温度≥900℃；锻造比或轧制比在1.5～10.0范围内的任意值，步骤C将锻造成型后的毛坯在锻造或轧制完毕时直接进行水韧处理或在锻后缓冷再重新加热进行水韧处理和步骤D最后机械加工成高锰钢辙叉心轨。

所述的步骤C将锻造毛坯在锻造或轧制完毕后直接进行水韧处理或在锻造后重新加热到900℃～1250℃温度范围内进行水韧处理。

所述的普通高锰钢或经过合金化的高锰钢是国家标准GB/T 5680—1998中所规定的高锰钢和在此基础上用铬、钼、镍、钛、钒、硼、铝、氮、铌和稀土元素中一种或其复合合金化的高锰钢。

所述的高锰钢辙叉心轨是组合辙叉中的心轨或复合心轨中的叉心。

所述的铸锭是常规铸造生产方法或特殊铸造生产方法生产出来的铸锭。

本发明与现有的铸造高锰钢辙叉心轨相比，具有机械性能和使用寿命高的优点；而与合金钢心轨相比，不但在机械性能，特别是使用寿命上不低于或者甚至超过合金钢心轨，而且还具有成本低廉、生产工艺简单等优点。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例1：首先浇注出重量约为450公斤普通化学成分的高锰钢铸锭。将高锰钢铸锭缓慢加热后进行自由锻造加工成12号组合辙叉心轨的锻造毛坯，其始锻温度为1200℃，锻造比为3.5，终锻温度不低于950℃。锻造完毕后直接进行水韧处理。最后机械加工成高锰钢辙叉心轨。

实施例2：首先浇注出高锰钢心轨铸造毛坯。其化学成分为在普通高锰钢化学成分的基础上，按重量百分比添加了2％的铬和0.2％的稀土合金。将铸坯缓慢加热后进行模内锻造，加工成12号组合辙叉心轨的锻造毛坯，其始锻温度为1200℃，终锻温度不低于950℃。锻造完毕后直接进行水韧处理。最后机械加工成12号提速组合辙叉心轨。

实施例3：首先浇注出重量约为3000公斤普通化学成分高锰钢铸锭。将铸坯缓慢加热后进行轧制成横截面尺寸约为180mm×160mm的轧坯，其始轧温度为1250℃，轧制锻造比约为8，终轧温度不低于900℃。轧制完毕后缓慢冷却到室温。将轧坯按长度约1040mm切割成段后，再重新加热到1020℃保温1.5小时后进行水韧处理。最后机械加工成12号组合辙叉叉心。

利用本发明技术获得的高锰钢辙叉心轨由于像疏松、晶粒和夹杂物粗大及成分组织偏析等这样的铸造缺陷得到了消除或减少，因而其性能都将得到提高。特别是抗弯强度、-40℃下的低温冲击韧性提高的幅度最为明显。与铸造高锰钢相比，其抗弯强度和低温冲击韧性可以分别提高55％-65％和100％-200％。由于锻造高锰钢辙叉心轨可以使高锰钢的性能优势得到充分地发挥，因而其使用寿命可以得到较大的提高。采用本发明实施例一技术手段生产的组合辙叉在现场实际应用时，其使用寿命达到了2.9亿吨通过量。

Claims (5)

1、一种高锰钢辙叉心轨的锻造或轧制生产方法，包括步骤A制得普通高锰钢或经过合金化的高锰钢铸锭，其特征在于步骤B将铸锭加热后，采用自由锻、模锻或轧制的方法进行锻造成型，其始锻或始轧温度≤1350℃，终锻或终轧温度≥900℃；锻造比或轧制比在1.5～10.0范围内的任意值，步骤C将锻造成型后的毛坯在锻造或轧制完毕时直接进行水韧处理或在锻后缓冷再重新加热进行水韧处理和步骤D最后机械加工成高锰钢辙叉心轨。

2、根据权利要求1所述的高锰钢辙叉心轨的锻造或轧制生产方法，其特征在于所述的步骤C将锻造毛坯在锻造或轧制完毕后直接进行水韧处理或在锻造后重新加热到900℃～1250℃温度范围内进行水韧处理。

3、根据权利要求1或2所述的高锰钢辙叉心轨的锻造或轧制生产方法，其特征在于所述的普通高锰钢或经过合金化的高锰钢是国家标准GB/T 5680—1998中所规定的高锰钢和在此基础上用铬、钼、镍、钛、钒、硼、铝、氮、铌和稀土元素中一种或其复合合金化的高锰钢。

4、根据权利要求3所述的高锰钢辙叉心轨的锻造或轧制生产方法；其特征在于所述的高锰钢辙叉心轨是组合辙叉中的心轨或复合心轨中的叉心。

5、根据权利要求4所述的高锰钢辙叉心轨的锻造或轧制生产方法；其特征在于所述的铸锭是常规铸造生产方法或特殊铸造生产方法生产出来的铸锭。