CN109487643A

CN109487643A - 铁路用低成本耐蚀螺旋道钉及其制备工艺

Info

Publication number: CN109487643A
Application number: CN201811072807.0A
Authority: CN
Inventors: 袁书强; 郁浩峰
Original assignee: Ningbo Bo Rui Special Mstar Technology Ltd
Current assignee: Ningbo Bo Rui Special Mstar Technology Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2019-03-19

Abstract

本发明涉及一种铁路用低成本耐蚀螺旋道钉，其要点在于该螺旋道钉的材料成分重量比包括：C≤0.05％wt、Si≤0.6％wt、Mn为0.5～1.0％wt、S≤0.025％wt、P≤0.03％wt、Cr为11.5～15.5％wt余量为Fe，总计100份。制备工艺为：将所述材料经冶炼熔化，熔化后温度≥1580℃，再加入精炼剂进行脱氧、脱硫处理，待脱氧、脱硫反应5～10分钟后加入除渣剂，经除渣处理后，温度升至1630℃～1650℃保温处理，保温处理后经底铸浇铸方式制成钢锭，钢锭经热轧处理制得棒材，棒材经冷拔、墩台、机加工、滚丝制备形成螺旋道钉，螺旋道钉经表面钝化处理制得成品，其具有抗腐蚀性能强，成本低的优点，适合大批量生产加工。

Description

铁路用低成本耐蚀螺旋道钉及其制备工艺

技术领域

本发明涉及铁路连接件，是一种铁路用低成本耐蚀螺旋道钉及其制备工艺。

背景技术

铁路扣件系统是铁路建设的重要部件，它将轨道设备固定于各种混凝土轨枕上，并保持轨道系统的弹性，防止钢轨纵向和横向移动，消除轨道因热胀冷缩引起的变形，防止火车因轨道变形移动而脱轨，消除桥梁轨道的热胀冷缩和减少列车通过桥梁时对桥梁的冲击。同时还能提供必要的弹性、绝缘性能，对轨距、水平有一定的调整能力。其中铁路道钉则是将扣件系统中的弹条有效固定在轨枕上并扣压住钢轨的关键元件之一。

自上世纪六十年代初，世界各国铁路相继开展以整体式或固化道床替代散粒体道碴的各类无碴轨道结构的系统研究，一些国家尤其以日本和德国为代表，把无碴轨道作为高速铁路的主要轨道结构型式全面推广应用。在高速铁路无碴轨道的扣件系统技术方面，德国v0SsLOH公司在世界范围内处于领先的水平，其300型轨道扣件系统广泛应用于高速客运专线、城际轨道交通等领域，对螺旋道钉提出了：

l、其机械性能要求达到5.6级，即抗拉强度≥500Mpa，屈服强度≥300Mpa，延伸率≥22％。

2、螺纹部分以4倍内径即64mm的曲率弯曲900不得有裂纹。

3、严格保证相关的尺寸要求，确保现场的安装使用。

4、产品使用寿命达到十年。

与普通螺纹道钉的技术要求相比，两者的主要差别在于：

①高速铁路螺纹道钉为了保证扣件系统能有效地承受列车高速通过时产生的巨大冲击力，对产品的耐冲击性能提出了更高的要求，其螺纹部分要求在弯曲900后不得出现裂纹，而普通螺纹道钉则要求弯曲30°～60°后没有裂纹即可。

②由于高速铁路螺纹道钉是直接拧入水泥轨枕中的预埋件内，为保证有良好的拧入性，故对尺寸的要求非常严格，而普通螺纹道钉是通过使用硫磺砂浆锚固的方式固定在轨枕的孔中，所以对尺寸的要求相对比较宽松。

③为保证高速铁路的有效使用，要求螺纹道钉的使用寿命大于普通螺纹道钉六年。

目前国内高速铁路螺旋道钉仍全部采用Q235制造，其锈蚀问题长期以来没有得到彻底解决，致使金属轨距挡板和螺旋道钉的使用寿命较短，部分地段扣件使用2年左右就需要更换，成本较高。

根据铁道部Q/CR563-2017规定的螺旋道钉材料需符合GB/T700规定的Q235A或不低于其性能的其它材料要求(抗拉强度大于375MPa)；使用性能：道钉经130KN拉力作用不得断裂，道钉经45°冷弯后不能折断、裂纹(除圆台部分)深度小于1mm，防锈层和基材浅表层允许有轻微的起皮、皱着和裂纹。螺旋道钉喷砂处理后，经120中性盐雾腐蚀试验后保护级不应低于5级、螺旋道钉经120h二氧化硫腐蚀试验后保护级不应低于5级、螺旋道钉喷砂处理后，48h二氧化硫腐蚀试验后保护级不应低于5级。

2008年浙江七丰五金标准件有限公司开发的TDl6“高速铁路螺纹道钉”采用电炉/转炉(EAF/BOF)+炉外精炼(LF)+真空脱气处理(VD)+连铸(CC)的冶炼工艺。金相组织是铁素体+珠光体，屈服强度达325MPa，抗拉强度500～640Mpa，延伸率达25％。2011年浙江泽恩标准件有限公司开发的高速铁路螺纹道钉最小实物拉力荷载≥190kN、硬度23～34HR、最小断后伸长率≥12％、最小断面收缩率≥52％、冷弯15°后无裂纹,表面处理后的产品经120小时的中性盐雾试验后,保护等级不低于9级。但上述产品都没有得到应用。

为了提高螺旋道钉的使用寿命，采用不锈钢材料是螺旋道钉的必然选择。目前高合金含量的奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢以及价格相对比较低的中铬、高铬铁素体不锈钢AISI430(1Crl7)、439(0Cr17Ti)，加铌的435(0Cr17Nb)，加钛和铌的441(1Cr17TiNb)，但由于价格过高，都无法满足低成本要求。

低铬铁素体不锈钢主要有409(0Cr11Ti)及其改进型405(0Crl3A1)，410L(00Crl3)以及3CR12(00Cr12NiTi)等牌号。由于这些牌号含铬量低，生产成本也低，价格相对较便宜，广泛用于铁路车辆、客车底盘、工业用容器、塔、槽的衬里、汽车消音器、排气管以及市政建设中。上述铁素体不锈钢根据用途，决定碳含量范围，并通过添加Nb、Ti固定基体中的碳进一步提高材料的韧性，改善板材的冷成型性和焊接性。

铁素体不锈钢是以Cr为主要合金元素，含Cr10.5～30％范围，C含量≤0.20％，大多数含碳量在0.12％以下，超纯铁素体不锈钢[C+N]≤150ppm，这些材料主要用于汽车、家电、化工等行业，目前，国内外关于铁素体不锈钢的研究主要通过提高钢的纯净度、增加Cr、Mo、Si、Al、Ti、S等元素而赋予钢不同的特性，通过添加铌、钛、钒等抑制常规铁素体脆性倾向对于铁路道钉等类似特殊应用领域的材料没有研究。而价格最低的0Cr13、1Cr13等材料按照拉拔、墩台、机加工、滚丝制造的道钉无法满足铁道部Q/CR563-2017规定的腐蚀性能要求。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种铁路用低成本耐蚀螺旋道钉及其制备工艺，使其解决现有铁素体不锈钢0Cr13、1Cr13无法满足腐蚀性能要求，其它不锈钢材料成本较高的技术问题。本发明在0Cr13的基础上，通过降低C、Si、Mn含量，降低材料冷加工后的应力水平，提高道钉的耐蚀性能，并通过道钉钝化处理进一步提高耐蚀性，满足铁道部Q/CR563-2017规定的腐蚀性能要求。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种铁路用低成本耐蚀螺旋道钉，其要点在于该螺旋道钉的材料成分重量比包括：C≤0.05％wt、Si≤0.6％wt、Mn为0.5～1.0％wt、S≤0.025％wt、P≤0.03％wt、Cr为11.5～15.5％wt余量为Fe，总计100份。

该铁路用低成本耐蚀螺旋道钉的制备工艺为：将所述材料经冶炼熔化，熔化后温度≥1580℃，再加入精炼剂进行脱氧、脱硫处理，待脱氧、脱硫反应5～10分钟后加入除渣剂，经除渣处理后，温度升至1630℃～1650℃保温处理，保温处理后经底铸浇铸方式制成钢锭，钢锭经热轧处理制得棒材，棒材经冷拔、墩台、机加工、滚丝制备形成螺旋道钉，螺旋道钉经表面钝化处理制得成品。

上述螺旋道钉经表面钝化处理，钝化处理后达到较好的抗点蚀性能要求。通过表面热处理消除加工应力，提高防腐蚀的性能。

本发明通过降碳，去除铌、钛、钒使得Cr13型不锈钢硬化指数降低，改善了冷加工过程加工硬化对螺旋道钉腐蚀性能的影响，使得采用轧材经过拉拔、墩台、机加工、滚丝、表面处理后的螺旋道钉能满足规定的腐蚀性能要求。除此以外，本发明成本较低，有利于大批量生产加工，推广应用。

具体实施方式

现结合具体实施例，对本发明作进一步的说明。

本发明实施例所采用的4组样本分别如下表1所示。

表1样本化学成分(重量分数/％)

	C	P	S	Si	Mn	Cr	铁
								样本1	0.050	0.021	0.015	0.6	0.5～1.0	11.5～15.5	其余
样本2	0.050	0.020	0.015	0.7	0.5～1.0	11.5～15.5	其余
								样本3	0.075	0.025	0.016	0.5	0.5～1.0	11.5～15.5	其余
样本4	0.120	0.021	0.012	0.7	0.5～1.0	11.5～15.5	其余

按照上述样本的百分比配比材料，材料经冶炼熔化，熔化后温度≥1580℃，再加入精炼剂进行脱氧、脱硫处理，待脱氧、脱硫反应5～10分钟后加入除渣剂，经除渣处理后，温度升至1630℃～1650℃保温处理，保温处理后经底铸浇铸方式制成钢锭，钢锭经热轧处理制得直径22mm的棒材，棒材经冷拔、墩台、机加工、滚丝制备形成螺旋道钉。

根据材料成分对四种成分的道钉进行性能测试，共12组数据力学性能数据如下表2所示：

表2不同成分、热处理工艺条件下螺旋道钉力学性能

上表中，Rm表示抗拉强度，Rp_0.2表示规定非比例延伸率为0.2％时的应力，A表示断后伸长率。以上采用《金属材料室温拉伸试验方法》(GB/T228-2002)测定。

从上述四个实施例中得出，在本发明样本1、2、3、4所制得的螺旋道钉均能达到抗拉强度大于375MPa，螺旋道钉130KN的承载要求，符合铁道部Q/CR563-2017规定的螺旋道钉性能要求。

为了考核道钉的抗腐蚀性能，每个材料成分样本选取两个道钉产品分为表面钝化和不钝化两种方案进行喷砂120h盐雾腐蚀、二氧化硫120h腐蚀、喷砂二氧化硫48h腐蚀实验。得到如下测试结果，见下表3所示：

表3、表面钝化抗点蚀性能测试

从实施例1得出，当碳含量为0.05％wt、Si≤0.6％wt时，将材料热轧成直径22mm棒材，通过冷拔、墩台、加工、滚丝制备的螺旋道钉产品，并经表面钝化处理工艺，满足中国铁路总公司Q/CR564-2017弹条Ⅱ型扣件性能和腐蚀检验标准。

从实施例2得出，当碳含量为0.05％wt、Si≤0.6％wt时，将材料热轧成直径22mm棒材，通过冷拔、墩台、加工、滚丝制备的螺旋道钉产品，不采用表面钝化处理工艺，喷砂120h盐雾腐蚀实验无法满足中国铁路总公司Q/CR564-2017弹条Ⅱ型扣件性能和腐蚀检验标准。

从实施例3到实施例8得出：当碳含量大于0.075％wt、无论硅含量大于或小于0.6％wt，将材料热轧成直径22mm棒材，通过冷拔、墩台、加工、滚丝制备的螺旋道钉产品，采用或不采用表面钝化处理工艺，均有一项以上腐蚀实验指标不满足中国铁路总公司Q/CR564-2017弹条Ⅱ型扣件性能和腐蚀检验标准。

总结上述，本发明样本1制得的螺旋道钉产品，经表面钝化即可达到所需的质量要求，而其它样本无论是否采用表面钝化均难以满足质量要求。

以上实施例仅用于说明本发明的技术手段，并非限制本发明的技术范围。本领域技术人员能结合实际需要对本发明做显而易见的修改，亦落入本发明权利要求保护的范围之内。

Claims

1.一种铁路用低成本耐蚀螺旋道钉，其特征在于该螺旋道钉的材料成分重量比包括：C≤0.05％wt、Si≤0.6％wt、Mn为0.5～1.0％wt、S≤0.025％wt、P≤0.030％wt、Cr为11.5～15.5％wt，余量为Fe，总计100份。

2.一种如权利要求1所述的铁路用低成本耐蚀螺旋道钉的制备工艺，其特征在于将所述材料经冶炼熔化，熔化后温度≥1580℃，再加入精炼剂进行脱氧、脱硫处理，待脱氧、脱硫反应5～10分钟后加入除渣剂，经除渣处理后，温度升至1630℃～1650℃保温处理，保温处理后经底铸浇铸方式制成钢锭，钢锭经热轧处理制得棒材，棒材经冷拔、墩台、加工、滚丝制备形成螺旋道钉，螺旋道钉经表面钝化处理制得成品。