CN106825432A - 一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法 - Google Patents

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Abstract

一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，用双炉分别熔炼不锈钢、碳钢，待不锈钢、碳钢成分都调整好以后，首先在1650 ℃的温度条件先在型腔下部浇铸不锈钢，待不锈钢浇铸完毕后，立即在1630 ℃条件下浇注碳钢，直至浇注完成，然后进行调质处理后得到产品；通过本发明方法生产出来的不锈钢、碳钢的复合高铁道岔实现了良好的冶金结合，经过调质处理，两种钢的微观组织和结合界面层较好，界面实现了牢固的冶金结合，综合力学性能好，达到了高铁道岔对不锈钢碳钢双金属的要求。

Description

一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法
技术领域
本发明属于金属铸造和热处理技术领域，具体的说是涉及一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法。
背景技术
道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，通常在车站、编组站大量铺设。有了道岔，可以充分发挥线路的通过能力。即使是单线铁路，铺设道岔，修筑一段大于列车长度的叉线，就可以对开列车，使用非常方便，然而随着铁路高速的发展，铁路高的运输强度与低的轨道结构强度的矛盾日益突出，作为轨道结构三大薄弱环节之一的道岔，是轨道的重要组成部分，是提高列车行车速度以及运输安全的关键性的限制因素，因此，强化道岔区轨道使其适应高速运营条件，达到与其轨道等可靠度，是本领域的重中之重。
目前，双金属复合材料以其良好的综合性能，越来越受到行业的重视，传统双金属复合材料的成形方法主要有爆炸复合、轧制复合、复合铸造、离心铸造、化学镀层、热浸镀等。其中铸造法生产金属复合材料的成本较低，其应用得到很大的发展。
双金属复合材料连续铸造成型的研究目前仍处于初始阶段，但是由于双金属复合材料连铸成形具有易于实现批量化、连续化、自动化生产，有利于降低生产成本，扩大其应用范围等优点，研究开发和应用将受到越来越广泛的重视。现有双金属复合材料连续铸造成形方法可以分为两大类 ，一类为使用已成形的芯材对其进行包覆的包覆铸造成形法，另一类为将两种金属同时注入同一个结晶器内进行成形的双流铸造法。不锈钢和碳钢复合板由于兼有不锈钢的美观耐用性、成型性、耐腐蚀性和碳钢的强度高、成本低等特点，目前已广泛运用于化工、海洋开发等要求耐腐性的领域。不锈钢碳钢的浇铸生成复合钢，并且得到理想的冶金结合层和较好的力学性能一直是研究的热点和难点。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，本发明通过对浇铸顺序、浇铸温度、两种金属浇铸的时间间隔以及对铸态双金属热处理温度和时间的控制能够得到一种微观界面层冶金结合良好、宏观力学性能优异的理想的不锈钢碳钢的复合钢。
本发明所采用的技术方案是：一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，包括以下步骤：
步骤一、使用双炉分别熔炼不锈钢和碳钢，以制备不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液，备用；
步骤二、预先制备高铁道岔模具，将经步骤一制备的不锈钢液在温度为1650 ℃的条件下向模具中进行浇注，浇注厚度为10mm，浇注完成后，立即将步骤一制备的碳钢液在温度为1630 ℃的条件下继续浇注，直至不锈钢浇铸液的浇注厚度与碳钢浇铸液的浇注厚度比为1:2，备用；
步骤三、将经步骤二浇注后的模具放入步进式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括以下阶段：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，再在温度为360℃的条件下保温两个小时回火，然后空冷至室温后制得高铁道岔铸件。
所述步骤三中，油淬过程中，将铸件不间断向各个方向往复移动，以使铸件油淬降温均匀。
所述不锈钢采用1Cr13不锈钢，1Cr13不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C：≤0.15%，Si：≤1.00%，Mn：≤1.00%，P：≤0.035%，S：≤0.030%，Cr：11.50~13.50%，Ni：≤0.60%，余量为铁，所述碳钢采用25碳钢，25碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C：0.22~0.30%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.50~0.80%，P：≤0.025%，S≤0.020%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，余量为铁。
所述步骤二中不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度均为30mm/s。
所述步骤一中的熔炼包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空度为0.5~1Pa。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供了一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，通过该方法生产出来的不锈钢、碳钢的复合高铁道岔实现了良好的冶金结合，经过调质处理，两种钢的微观组织和结合界面层较好，界面实现了牢固的冶金结合，综合力学性能好，达到了高铁道岔对不锈钢碳钢双金属的要求。
（2）本发明还提供了两种钢复合浇铸时所要控制的温度和时间间隔：通过在温度1650℃的条件下先浇注不锈钢浇铸液，然后立刻在1630℃的条件下浇注碳钢浇铸液，通过对浇注温度和浇注时间的控制，不仅使双金属结合面处成分混合更加均匀，有利于晶粒的细化，界面层性能有效提高，从而满足双金属铸件的性能要求，而且能够形成合适厚度的中间结合层。
（3）本发明中不锈钢浇铸液的浇注厚度为10 mm，剩余型腔通过碳钢浇铸液浇注使不锈钢碳钢的浇注比例为1:2，该浇注比例能够使高铁道岔既具有良好的防锈能力，又具有较好的耐磨性能。
（4）本发明还提供了铸态复合钢的调质处理工艺：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，再在360℃保温两个小时回火，然后空冷至室温，该调质处理工艺的设置可得到不锈钢的硬度在HB224、碳钢硬度在HB361的复合双金属钢，满足了材料服役环境的要求。
（5）本发明中不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度为30mm/s，不仅避免了浇注速度太快容易出现液体紊流导致氧化物夹杂、气体难以排出的现象，而且避免了浇注速度太慢容易出现冷隔、浇不足的状况，同时浇注速度的控制能够有效的保证了不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的凝固速度，使不锈钢首先形成液固并存的糊状凝固，在与碳钢浇铸液形成牢固的冶金结合界面。
（6）本发明中铸件在淬火过程中，在各个方向往复移动，有效的保证了铸件在油淬过程中降温均匀。
（7）本发明中不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在形成过程中包括炉外精炼和真空熔炼，有效的降低了不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液的气体含量，消除了其内部缺陷，提高了纯洁度，改善了不锈钢碳钢双金属铸件的质量。
附图说明
图1为本发明铸态双金属热处理示意图；
图2为铸件热处理后通过SEM观察不锈钢碳钢的界面结合层和微观组织图；
图3和图4为铸件热处理后通过SEM观察不锈钢碳钢的整体微观组织图。
具体实施方式
一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，包括以下步骤：
步骤一、使用双炉分别熔炼不锈钢和碳钢，以制备不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液，备用；
步骤二、预先制备高铁道岔模具，将经步骤一制备的不锈钢液在温度为1650 ℃的条件下向模具中进行浇注，浇注厚度为10mm，浇注完成后，立即将步骤一制备的碳钢液在温度为1630 ℃的条件下继续浇注，直至不锈钢浇铸液的浇注厚度与碳钢浇铸液的浇注厚度比为1:2；备用，浇注过程中保持环境干净，不允许有异金属夹渣等进入浇注型腔中；
步骤三、将经步骤二浇注后的模具放入步进式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括以下阶段：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，再在360℃保温两个小时回火，然后空冷至室温后制得高铁道岔铸件。
所述步骤三中，油淬过程中，将铸件不间断向各个方向往复移动，以使铸件油淬降温均匀。
所述不锈钢采用1Cr13不锈钢，1Cr13不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C：≤0.15，Si：≤1.00，Mn：≤1.00，P：≤0.035，S：≤0.030，Cr：11.50~13.50，Ni：≤0.60，所述碳钢采用25碳钢，25碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C：0.22~0.30%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.50~0.80%，P：≤0.025%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，余量为铁。
所述步骤二中不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度均为30mm/s。
所述步骤一中的熔炼包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空度为0.5~1Pa。
以下结合具体实施例进一步阐释本发明。
实施例1
一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13不锈钢，1Cr13不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C：≤0.15%，Si：≤1.00%，Mn：≤1.00%，P：≤0.035%，S：≤0.030%，Cr：11.50~13.50%，Ni：≤0.60%，余量为铁，碳钢采用25碳钢，25碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C：0.22~0.30%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.50~0.80%，P：≤0.025%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，余量为铁；使用双炉分别熔炼不锈钢和碳钢，以制备不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液，备用，熔炼包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空度为0.5Pa；
步骤二、预先制备高铁道岔铸造模具，将经步骤一制备的不锈钢浇铸液在温度为1650℃的条件下向模具中进行浇注，浇注厚度为10mm，浇注完成后，立即将步骤一制备的碳钢浇铸液在温度为1630 ℃的条件下继续浇注，直至不锈钢浇铸液的浇注厚度与碳钢浇铸液的浇注厚度比为1:2；所述不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度均为30mm/s，备用；
步骤三、将经步骤二浇注后的模具放入步进式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括以下阶段：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，油淬过程中，将铸件不间断向各个方向往复移动，以使铸件油淬降温均匀，再在360℃保温两个小时回火，然后空冷至室温后制得高铁道岔铸件。
实施例2
一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13不锈钢，1Cr13不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C：≤0.15%，Si：≤1.00%，Mn：≤1.00%，P：≤0.035%，S：≤0.030%，Cr：11.50~13.50%，Ni：≤0.60%，余量为铁，碳钢采用25碳钢，25碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C：0.22~0.30%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.50~0.80%，P：≤0.025%，S≤0.020%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，余量为铁。使用双炉分别熔炼不锈钢和碳钢，以制备不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液，备用，熔炼包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空度为0.75Pa；
步骤二、预先制备高铁道岔铸造模具，将经步骤一制备的不锈钢浇铸液在温度为1650℃的条件下向模具中进行浇注，浇注厚度为10mm，浇注完成后，立即将步骤一制备的碳钢浇铸液在温度为1630 ℃的条件下继续浇注，直至不锈钢浇铸液的浇注厚度与碳钢浇铸液的浇注厚度比为1:2，所述不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度均为30mm/s，备用；
步骤三、将经步骤二浇注后的模具放入步进式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括以下阶段：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，油淬过程中，将铸件不间断向各个方向往复移动，以使铸件油淬降温均匀，再在360℃保温两个小时回火，然后空冷至室温后制得高铁道岔铸件。
实施例3
一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13不锈钢，1Cr13不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C：≤0.15%，Si：≤1.00%，Mn：≤1.00%，P：≤0.035%，S：≤0.030%，Cr：11.50~13.50%，Ni：≤0.60%，余量为铁，碳钢采用25碳钢，25碳钢按照质量百分比由以下成分组成C：0.22~0.30%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.50~0.80%，P：≤0.025%，S≤0.020%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，余量为铁，使用双炉分别熔炼不锈钢和碳钢，以制备不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液，备用，熔炼包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空度为1Pa；
步骤二、预先制备高铁道岔铸造模具，将经步骤一制备的不锈钢浇铸液在温度为1650℃的条件下向模具中进行浇注，浇注厚度为10mm，浇注完成后，立即将步骤一制备的碳钢浇铸液在温度为1630 ℃的条件下继续浇注，直至不锈钢浇铸液的浇注厚度与碳钢浇铸液的浇注厚度比为1:2，所述不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度均为30mm/s，备用；
步骤三、将经步骤二浇注后的模具放入步进式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括以下阶段：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，油淬过程中，将铸件不间断向各个方向往复移动，以使铸件油淬降温均匀，再在360℃保温两个小时回火，然后空冷至室温后制得高铁道岔铸件。
对热处理后的双金属进行布氏硬度的测量，通过多点测量取平均值可得到：不锈钢的硬度为HB224，碳钢的硬度为HB361。图1为铸态双金属热处理示意图，图2、图3和图4为热处理后通过SEM观察不锈钢碳钢的界面结合层和微观组织，从图2、图3和图4可知本发明得到的不锈钢碳钢的双金属界面层实现了牢固的冶金结合。

Claims (5)

1.一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、使用双炉分别熔炼不锈钢和碳钢，以制备不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液，备用；
步骤二、预先制备高铁道岔铸造模具，将经步骤一制备的不锈钢浇铸液在温度为1650℃的条件下向模具中进行浇注，浇注厚度为10mm，浇注完成后，立即将步骤一制备的碳钢浇铸液在温度为1630 ℃的条件下继续浇注，直至不锈钢浇铸液的浇注厚度与碳钢浇铸液的浇注厚度比为1:2；备用；
步骤三、将经步骤二浇注后的模具放入步进式加热炉中进行调质处理，所述调质处理包括以下阶段：先在1000℃保温两个小时，然后油淬，再在温度为360℃的条件下保温两个小时回火，然后空冷至室温后制得高铁道岔铸件。
2.如权利要求1所述的一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，其特征在于：所述步骤三中，油淬过程中，将铸件不间断向各个方向往复移动，以使铸件油淬降温均匀。
3.如权利要求1所述的一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，其特征在于：所述不锈钢采用1Cr13不锈钢，1Cr13不锈钢按照质量百分比由以下成分组成：C：≤0.15%，Si：≤1.00%，Mn：≤1.00%，P：≤0.035%，S：≤0.030%，Cr：11.50~13.50%，Ni：≤0.60%，余量为铁，所述碳钢采用25碳钢，25碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C：0.22~0.30%，Si：0.17~0.37%，Mn：0.50~0.80%，P：≤0.025%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，余量为铁。
4.如权利要求1所述的一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，其特征在于：所述步骤二中不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液在型腔中的浇注速度均为30mm/s。
5.如权利要求1所述的一种不锈钢碳钢双金属复合液液浇铸高铁道岔的方法，其特征在于：所述步骤一中的熔炼包括炉外精炼和真空熔炼，在真空熔炼过程中，真空度为0.5~1Pa。
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