CN106825514B - 一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺 - Google Patents

一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，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10 mm，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；本发明待不锈钢和碳钢两种成分完全调整后，按顺序将钢液分别注入型腔，获得了良好的冶金结合处层，晶粒细小分布均匀，不存在夹杂、裂纹、气孔、显微疏松等缺陷。

Description

一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺
技术领域
本发明属于金属铸造技术领域，具体的说是涉及一种不锈钢碳钢双金属复合高铁道岔用复合钢材及其制备工艺。
背景技术
随着铁路高速的发展，铁路高的运输强度和低的轨道结构强度的矛盾日益突出，作为轨道三大薄弱环节之一的道岔，是轨道的重要组成部分，其技术性能、质量，已成为强化轨道结构、提高列车行车速度以及运输安全的关键性的限制因素。道岔与枕木结合处工况条件恶劣，不但受到强烈的冲击，还收到自然环境因素的影响，如雨雪泥浆弱腐蚀性介质影响，因此道岔需要具有良好的耐蚀性、耐磨性和综合力学性能。
马氏体不锈钢1Cr13，淬透性好，具有较高的硬度、韧性，较好的耐蚀性，热强性和冷变形性，以及良好的机械加工性，金相组织特征为马氏体型。常用于制作抗弱腐蚀介质、耐磨损并承受载荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀、螺栓、螺母等，由于Cr含量较高，所以1Cr13的造价昂贵。
35钢是优质碳素结构钢，有良好的塑性和适当的强度，工艺性能好，大多在正火状态和调质状态下使用，其组织特征为：铁素体+珠光体。35碳钢广泛用于制造各种锻件和热压件、冷拉和顶锻钢材，无缝钢管、机械制造中的零件，如曲轴、转轴、轴销、杠杆等，价格经济实惠。
对1Cr13不锈钢和不同成分碳钢的进行复合浇注研究，以提高材料的性能，是本领域研究的一个重要方向。
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高铁道岔用复合钢材及其制备工艺。
为了解决上述技术问题，发明所采用的技术方案是：一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，并将选取的不锈钢碳钢放入真空感应炉、碳钢放入中频感应熔炼炉中分别进行熔炼，直至完全熔融形成不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液后备用，其中熔炼过程中不间断的通入氩气作为保护气氛，氩气流速为1L/min；
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，直至充满模具型腔，
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。
所述步骤一中，不锈钢采用1Cr13，1Cr13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%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量为Fe，所述碳钢采用35碳钢，35碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量为Fe。
所述步骤一中，熔化期采用真空感应炉逐级提高熔化功率，所述熔化功率包括以下两个阶段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率为37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率为12.5KW.min/t，熔化期温度为1550~1600℃。
所述步骤二中搅拌功率为300-500KW/t。
所述步骤一中真空感应炉的真空度为0.5Pa-1Pa。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供了一种1Cr13不锈钢和35碳钢双金属复合钢在真空熔炼条件下，通入适量的氩气，待不锈钢和碳钢两种成分完全调整后，按顺序将钢液分别注入型腔，获得了良好的冶金结合处层，晶粒细小分布均匀，不存在夹杂、裂纹、气孔、显微疏松等缺陷。
（2）本发明在浇注过程中中间无间断浇注浇铸液，在界面处，利用浇入的碳钢金属液的热量将已经凝固成糊状的不锈钢表层熔化，两者之间发生了元素的互溶扩散并形成一定厚度的过渡层，该过渡层内形成了冶金结合，合金元素分布均匀，界面结合良好，晶粒细化明显，且结合层不存在夹杂、裂纹、气孔或显微疏松等缺陷，同时不锈钢和碳钢的性能也获得很大的提高。
附图说明
图1和图2为不锈钢、碳钢高铁复合道岔用钢的结合界面的显微组织图；
图3为不锈钢、碳钢高铁复合道岔用钢的显微组织图。
具体实施方式
一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，并将选取的不锈钢碳钢放入真空感应炉、碳钢放入中频感应熔炼炉中分别进行熔炼，直至完全熔融形成不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液后备用，其中熔炼过程中不间断的通入氩气作为保护气氛，氩气流速为1L/min；
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，直至充满模具型腔，
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。
所述步骤一中，不锈钢采用1Cr13，1Cr13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%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量为Fe，所述碳钢采用35碳钢，35碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量为Fe。
所述步骤一中，熔化期采用真空感应炉逐级提高熔化功率，所述熔化功率包括以下两个阶段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率为 37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率为12.5KW.min/t ，熔化期温度为1550~1600℃。
所述步骤二中搅拌功率为300-500KW/t。
所述步骤一中真空感应炉的真空度为0.5Pa-1.0Pa。
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13，1Cr13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%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量为Fe，所述碳钢采用35碳钢，35碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量为Fe，将选取的不锈钢碳钢放入真空感应炉、碳钢放入中频感应熔炼炉中分别进行熔炼，直至完全熔融形成不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液后备用，熔化期采用真空感应炉逐级提高熔化功率，所述熔化功率包括以下两个阶段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率为 37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率为12.5KW.min/t ，熔化期温度为1550℃，真空感应炉的真空度为0.5Pa，且熔炼过程中不间断的通入氩气作为保护气氛，氩气流速为1L/min；
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，直至充满模具型腔，
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。
实施例2
一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13，1Cr13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%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量为Fe，所述碳钢采用35碳钢，35碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量为Fe，将选取的不锈钢碳钢放入真空感应炉、碳钢放入中频感应熔炼炉中分别进行熔炼，直至完全熔融形成不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液后备用，熔化期采用真空感应炉逐级提高熔化功率，所述熔化功率包括以下两个阶段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率为37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率为 12.5KW.min/t ，熔化期温度为1600℃，真空感应炉的真空度为1.0Pa，且熔炼过程中不间断的通入氩气作为保护气氛，氩气流速为1L/min；
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，直至充满模具型腔，
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。
实施例3
一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13，1Cr13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%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量为Fe，所述碳钢采用35碳钢，35碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量为Fe，将选取的不锈钢碳钢放入真空感应炉、碳钢放入中频感应熔炼炉中分别进行熔炼，直至完全熔融形成不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液后备用，熔化期采用真空感应炉逐级提高熔化功率，所述熔化功率包括以下两个阶段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率为 37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率为12.5KW.min/t，熔化期温度为1580℃，真空感应炉的真空度为0.75Pa，且熔炼过程中不间断的通入氩气作为保护气氛，氩气流速为1L/min；
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 ℃的条件下向模具总进行浇注，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，直至充满模具型腔，
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。
在两个真空感应炉中分别对不锈钢和碳钢两种金属的成分进行调整，采用底部吹氩气进一步降低钢中杂质元素和夹杂物的含量，避免浇注后出现气孔、夹杂、裂纹等缺陷。待不锈钢和碳钢两种成分完全熔融状态且均匀混合后，在温度为1550℃~1600℃条件下，先在型腔下部浇铸1Cr13不锈钢，液面控制在10mm为准，再浇注35碳钢至完全充满型腔，浇铸过程中中间无间断，同时控制好浇铸的速度，以保证浇铸过程的连续进行，在界面处，利用浇入的碳钢金属液的热量将已经凝固成糊状的不锈钢表层融化，两者之间发生了元素的互溶扩散，形成了一定厚度的过渡层，两者之间形成了冶金结合，在一定厚度层内合金元素分布均匀。最终获得一定厚度的冶金结合层，界面结合良好，晶粒细化明显，且结合层不存在夹杂、裂纹、气孔或显微疏松等缺陷，同时不锈钢和碳钢的性能也获得很大的提高，采用国标GB 6458-86 盐雾试验标准进行检验，经检验不锈钢/碳钢高铁复合道岔用钢的不锈钢部分合格，综合而言，不锈钢/碳钢高铁复合道岔用钢的性能良好。

Claims (3)

1.一种不锈钢碳钢双金属高铁复合道岔用钢的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、选取不锈钢和碳钢，不锈钢采用1Cr13，1Cr13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%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量为Fe，所述碳钢采用35碳钢，35碳钢按照质量百分比由以下成分组成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量为Fe，并将选取的不锈钢碳钢放入真空感应炉、碳钢放入中频感应熔炼炉中分别进行熔炼，直至完全熔融形成不锈钢浇铸液和碳钢浇铸液后备用，其中熔炼过程中不间断的通入氩气作为保护气氛，氩气流速为1L/min；
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，直至充满模具型腔，
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。
2.如权利要求1所述的一种不锈钢碳钢双金属高铁 复合道岔用钢的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，熔化期采用真空感应炉逐级提高熔化功率，所述熔化功率包括以下两个阶段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率为37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率为12.5KW.min/t，熔化期温度为1550~1600℃。
3.如权利要求1所述的一种不锈钢碳钢双金属高铁 复合道岔用钢的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中真空感应炉的真空度为0.5Pa-1Pa。
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