CN103160757B - 一种轨梁矫直圈 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨梁矫直圈技术方案，该方案的特点是矫直圈的材质为高铬合金，所用高铬合金主要成分的重量百分比为：C：2.4‑3.0%，Cr：18‑23%，Ni：1.5‑2.0%，Mo：2.0‑3.0%，V：0.2‑0.9%，Si：0.8‑1.3%，Mn：1.0‑1.55%，S：≤0.035%，P：≤0.04%，Re：0.05‑0.07%，其余为Fe和不可避免的杂质。本方案具体的特点还有，在所述的矫直圈基体组织中，除了具有大量显微硬度在1500‑2000HV的M7C3型碳化物并呈条块状均匀分布外，矫直圈还具备以马氏体为主的基体组织。所述矫直圈的硬度为HRC=58‑62。

Description

一种轨梁矫直圈

技术领域

本发明涉及的是冶金行业中轧钢用的一种工模具，尤其是用于钢轨矫直的一种轨梁矫直圈。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，高铁建设发展也随之突飞猛进，钢轨的需求量也日益增加。在钢轨的生产过程中，精整矫直是必不可少的工序，而轨梁矫直圈是矫直过程中最重要的也是消耗量最大的工模具之一。由于轨梁矫直圈工作时与钢轨直接接触并承受冲击力、压应力、和滑动摩擦力，使用环境十分恶劣。

目前我国轨梁矫直机上使用的矫直圈材质为低合金球墨铸铁和9Cr₂、9Cr₂MoV合金锻钢两种，众所周知低合金球墨铸铁的耐磨性能较差，而9Cr₂、9Cr₂MoV合金锻钢的耐磨性虽优于低合金球墨铸铁，但由于矫直圈的几何尺寸形状较为特殊，均是大直径、厚度薄、工作面积小而窄的形状，所以工作面的单位面积要承受巨大的塑变应力。由于合金锻钢材质的矫直圈需要锻造加工，故其工艺出品率低，再加需要热处理加工，而热处理工艺较难掌握，容易出现工作层成份偏析和硬度不均匀造成开裂，因此产品的合格率低，使得制造风险大，造成终端产品价格昂贵。另外，这种矫直圈在使用过程中经常出现不耐磨、工作层表面粗糙、剥落和开裂等现象，这是现有技术所存在的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种轨梁矫直圈的技术方案，该方案采用了高碳和高铬的高铬合金来加工矫直圈，使矫直圈克服了现有合金锻钢加工的矫直圈所存在的弊病，使矫直圈具有高耐磨性和抗冲击性特点。

本方案是通过如下技术措施来实现的：轨梁矫直圈的特点是该矫直圈的材质为高铬合金，所用高铬合金主要成分的重量百分比为：C：2.4-3.0%，Cr：15-25%，Ni：1.5-2.0%，Mo：2.0-3.0%，V：0.2-0.9%，Si：0.8-1.3%，Mn：1.0-1.55%，S：≤0.035%，P：≤0.04%，Re：0.05-0.07%，其余为Fe和不可避免的杂质。本方案具体的特点还有，在所述的矫直圈基体组织中，除了具有大量显微硬度在1500-2000HV的M7C3型碳化物并呈条块状均匀分布外，矫直圈还具备以马氏体为主的基体组织。所述矫直圈的硬度为HRC=58-62。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用了高碳和高铬的高铬合金来加工矫直圈，碳是形成碳化物的最基本的元素，含碳量过低时会使组织中碳化物数量减少，过高时在凝固过程中产生成份偏析，基体组织容易出现M3C渗碳体型碳化物，会使矫直圈的耐磨性和抗热裂性能下降，为适量控制组织中碳化物数量，合理选择碳化物的形态尺寸及其分布特征，本方案将含碳量控制在比一般高铬铸铁高的2.4-3.0%范围内；铬是保证矫直圈产生优异耐磨性能和韧性的基本合金元素，当含铬量小于10%时，将析出M3C渗碳体，含量超过25%时将析出M23C6型碳化物，故铬含量小于10%或超过25%时都会降低碳化物的硬度，因此本方案将含铬量选为18-23%，略高于一般高铬铸的含铬量，保证了矫直圈具有高耐磨性和抗冲击性特点。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，对本方案进行阐述。

本方案的轨梁矫直圈的特点是该矫直圈的材质为高铬合金，所用高铬合金主要成分的重量百分比为：C：2.4-3.0%，Cr：15-25%，Ni：1.5-2.0%，Mo：2.0-3.0%，V：0.2-0.9%，Si：0.8-1.3%，Mn：1.0-1.55%，S：≤0.035%，P：≤0.04%，Re：0.05-0.07%，其余为Fe和不可避免的杂质。其中，碳是形成碳化物的最基本的元素，选择合适的碳含量至关重要，含碳量过低很难获得足够的碳化物数量，而过高又会在凝固过程中产生成份偏析，使基体组织产生脆性的显微硬度较低的M₃C渗碳体型碳化物，这种碳化物对矫直圈的抗热裂性和抗磨损性极为不利，为控制基体组织中碳化物数量，合理选择碳化物的形态，尺寸及其分布特征，本具体实施方式含碳量优选在2.9-3.0%；铬是保证高铬合金矫直圈产生优异耐磨性能和韧性的基础元素之一，含铬量小于10%将析出M₃C型渗碳体，含量超过25%将析出M23C6型碳化物，当含铬量过低小于10%或过高超过25%时都会使碳化物的硬度降低，因此，本具体实施方式将含铬量优选为22.5-23%；镍是为了使矫直圈兼有良好的淬透性，便于调整基体硬度，因为当含镍量小于1.0%时，其硬化效果不明显，当超过2.0%时则使基体组织中的残余奥氏体量增加，会导致基体硬度下降，故本具体实施方式将镍含量优选为1.5-1.6%；钼可提高矫直圈的回火稳定性，同时进入碳化物中可提高碳化物的硬度，并且可以同时存在于Cr7C3型共晶碳化物和Mo2C碳化物基体组织中，由钼和铬共同形成的M7C3型碳化物具有很高的显微硬度，因此钼是高碳、高铬、多元合金很关键的合金元素之一。然而实践证明当钼含量小于1.5%时，强化效果不明显。只有在超过1.5%时硬化速度加快。为合理控制硬度，本具体实施方式将含钼量优选在2.5-3.0%以内，要求硬度低时选下限，硬度高时选上限。钒可强化基体、细化铸造组织和改善碳化物的分布，由于钒比铬形成碳化物的倾向要大，为防止出现单一的钒的碳化物，本具体实施方式将钒含量优选在0.5-0.7%；硅是对高铬合金进行脱氧而加入的，同时它还具有减少铸造缺陷和提高铁水流动性的作用，当硅含量小于0.5%时脱氧效果不明显，而超过1.5%时基体组织容易出现铁素体，使硬度降低，所以本具体实施方式将含硅量优选为1.2-1.3%；锰是硅的脱氧辅助剂，合理的添加比例可降低高铬合金中的非金属夹杂物，本具体实施方式将锰含量优选在1.3-1.5%；硫和磷是表面活性很强的有害元素，因此，本具体实施方式将硫和磷含量控制在硫低于0.035%和磷低于0.04%；本方案还加入有对铁水进行变质处理的稀土，本具体实施方式Re加入量为0.05-0.07%。本方案按上述成份熔炼铁水，采用铸造工艺铸造出所需矫直圈毛坯，经脱稳处理将矫直圈基体组织中45-65%的残余奥氏体分解转化为马氏体组织后，进行机加工制造出成品矫直圈。因此，在所述的矫直圈基体组织中，除了具有大量显微硬度在1500-2000HV的M7C3型碳化物并呈条块状均匀分布外，矫直圈还具备以马氏体为主的基体组织，故能使所述矫直圈的硬度为HRC=58-62。

为能说明本方案的效果，可通过如下实际实验说明：

1.用本方案制造的高铬合金矫直圈共10件，在德国西马克公司设计的Φ1300轨梁矫直机上使用，矫直37㎏／m钢轨48万吨，使用过程中磨损正常，矫直圈的正常报废周期为半径100毫米，从使用到报废平均毫米过钢量为0.48万吨∕毫米，而锻钢矫直圈的毫米过钢量为0.3万吨∕毫米。

2.用本方案制造的高铬合金矫直圈一套共10件，在Φ1300轨梁矫直机上使用近８个月，共矫直76㎏／m钢轨62万吨，而锻钢矫直圈仅为40万吨。本方案矫直圈的毫米过钢量为0.62万吨∕毫米，而现有锻钢矫直圈的毫米过钢量仅为0.4万吨∕毫米。

从上述实际实验生产过程中所统计的毫米过钢量可以看出，本方案在实际应用中表现出了十分优异的耐磨性和可靠性。通过长期实际运行观察，本方案的矫直圈未出现工作面剥落和开裂等现象。因此，本方案的矫直圈除了使用寿命高于锻钢矫直圈外，还具有良好的使用稳定性。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种轨梁矫直圈，其特征是：该矫直圈的材质为高铬合金，所用高铬合金主要成分的重量百分比为：C：2.4-3.0%，Cr：15-25%，Ni：1.5-2.0%，Mo：2.0-3.0%，V：0.2-0.9%，Si：0.8-1.3%，Mn：1.0-1.55%，S：≤0.035%，P：≤0.04%，Re：0.05-0.07%，其余为Fe和不可避免的杂质；在所述的矫直圈基体组织中，除了具有大量显微硬度在1500-2000HV的M7C3型碳化物并呈条块状均匀分布外，矫直圈还具备以马氏体为主的基体组织。

2.根据权利要求1所述的轨梁矫直圈，其特征是：所述矫直圈的硬度为HRC=58-62。