CN111549272B

CN111549272B - 一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法

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Publication number: CN111549272B
Application number: CN202010415899.9A
Authority: CN
Inventors: 王丽娟
Original assignee: Jiangsu Jinyulong Railway Equipment Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jinyulong Railway Equipment Co ltd
Priority date: 2020-05-16
Filing date: 2020-05-16
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2040-05-16
Also published as: CN111549272A

Abstract

本发明涉及一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，所述球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.3％‑4.7％、硅2.3％‑2.5％、镍0.5％‑0.7％、铝0.01％‑0.06％、镁0.02％‑0.03％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；其制备方法如下：第一步，将优质生铁、含碳素钢的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1450‑1500℃，制得铁水；第二步，在球化包内加入铁水总量0.3％‑0.5％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7×10⁵MPa‑8×10⁵MPa；第三步，浇注；第四步，对铸件进行热处理，得球墨铸铁铁路道岔配件，本发明中的新型球墨铸铁铁路道岔配件的球化率高，且具有较高的耐低温冲击性能和冲击塑性。

Description

一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法

技术领域

本发明涉及铁路铁路道岔配件生产技术领域，尤其是涉及一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法。

背景技术

火车道岔是铁路轨道结构的重要组成部件，是机车车辆的车轮从—股铁轨转到另一股铁轨所需要的特殊设备。道岔铁轨在机车通过时将受到巨大的车轮冲击载荷，此时除了受到的静载荷大大增加外，还将承受铁轨上最大的动载荷,工作条件极为苛刻。因此，为保证火车道岔铁轨长期、稳定、安全地运行，火车道岔用钢必须具备优良的综合性能。

现有铁路道岔配件均采用球墨铸铁浇注而成，以使其具有硬度高、韧性好等优良的性能，但是普通的球墨铸铁铁路道岔配件存在防冻抗断裂功能较差的问题，因而不能应用于高寒地带的轨道交通或铁路轨道，因此需要对其制备方法进行改进，以获得具有较高耐低温冲击性能的道岔配件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效解决上述技术问题的一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法。

为达到本发明之目的，采用如下技术方案：

一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，所述球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.3％-4.7％、硅2.3％-2.5％、镍0.5％-0.7％、铝0.01％-0.06％、镁0.02％-0.03％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

将优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1450-1500℃，制得化学成分合格的铁水；

在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.3％-0.5％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7×105MPa-8 ×105MPa；

完成球化处理和包内孕育处理后，将铁水引入注型腔内浇注，得铸件；

将铸件升温870-900℃，保温2-4h，以3-4℃/min的速度降温至720-740 ℃，保温3-5h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至870-900℃，以8-10℃ /min的速度降温至550-600℃，保温2-7小时；再以0.8-1.3℃/min的速度降温至200-250℃，空冷至室温，以消除应力，得球墨铸铁铁路道岔配件。

优选的，所述球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳 4.5％、硅2.4％、镍0.6％、铝0.035％、镁0.025％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；

优选的，所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：35％-45％、钡 0.5％-0.6％，余量为铁。

优选的，所述优质生铁和含碳素钢成分的废钢的重量比为3-4：7-9。

优选的，所述镁颗粒的粒度为0.1-0.3mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过在原材料中加入适量的铝锭，铝锭会与铁水中的氧气反应生产致密氧化薄膜，从而可以提高铁路道岔配件的耐腐蚀性，同时铝锭与铁水中的氧气反应，可以进一步降低铁水中氧气的含量，在进行球化时，喷入的镁大部分用于脱硫，从而可以降低镁的使用量，提高镁的利用率，进而可以对铁水进行深度脱硫，降低硫的含量的镁的残留量，提高球化率，增加石墨球的数量和圆整度，进而提高铁素体的含量，使得球墨铸铁铁路道岔配件配件的强度和耐低温冲击性能均得到提高，同时也降低了成本。

2、本发明通过在球化包内进行加压，从而可以将镁的沸点提高至1300℃- 1450℃，在这样的压力下加镁，就可以降低镁的气化速率，避免镁快速气化导致铁水剧烈沸腾发生铁水外溅的现象，一方面可以增加镁与铁水的接触时间，提高镁的吸收率，降低镁的残留量，进而提高球化效果；另一方面可以提高操作的安全性，同时通过以天然气为载体喷入镁，天然气可以与铁水中的氧气反应，从而可以进一步提高镁的利用率，降低镁的使用量。

3、本发明通过在球化包的顶部和底部均设置带过滤器的集渣袋，从而可以对球化之前和球化后的铁水进行过滤出渣，进而可以降低铁水中的夹渣量，提高球墨铸铁铁路道岔配件的抗拉强度。

4、本发明通过采用含有适量钡的孕育剂，从而可以增加石墨形核核心数量，细化球状石墨，提高球状石墨的圆整度；同时可以促使共晶团细化，减小共晶团间的偏析程度，提高球墨铸铁铁路道岔配件的伸长率和耐冲击力。

5、本发明通过合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式对铸件进行热处理，从而可以进一步降低珠光体的含量，提高铁素体的含量，进一步提高球墨铸铁铁路道岔配件的耐低温冲击性能。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

本发明提供一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其中所述新型球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.3％-4.7％、硅2.3％-2.5％、镍0.5％-0.7％、铝0.01％-0.06％、镁0.02％-0.03％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁。

其中将碳当量控制在4.3％-4.7％，其相对于常规的制备方法来说含量有所提高，通过适当的提高碳当量可以增加铁水的流动性，有利于浇注成型和补缩，也有利用铁水形成铁素体，同时在退火过程中有利于基体组织中渗碳体和珠光体分解，从而获得较多的铁素体基体组织，进而提高新型球墨铸铁铁路道岔配件的低温耐冲击性和塑性。

将硅的量控制在2.3％-2.5％、其相对于常规的制备方法来说含量有所下降，硅石是石墨化元素，适当量的硅有利于铁素体的形成，提高新型球墨铸铁铁路道岔配件的耐冲击性能，但是硅的含量过高时，新型球墨铸铁铁路道岔配件的脆性转变温度就会提高，从而导致新型球墨铸铁铁路道岔配件的耐冲击性能下降，这样就不能用于高寒地区了，因此本发明中适当降低了硅的量。

镍也具有一定的石墨化能力，因此在硅的量适当减少之后，可以适量增加镍的量以促进铁素体的形成；同时加入一定量的镍还可以提高新型球墨铸铁铁路道岔配件的屈服强度，降低其脆性转变温蒂，提高其在低温环境下的耐冲击力。

适量的铝可以提高新型球墨铸铁铁路道岔配件的耐腐蚀性，同时可以消耗铁水中的氧气，进而降低铁水中氧气的含量，在球化过程中可以提高镁的利用率，提高的球化效果。

镁是球墨铸铁达到球墨化不可缺少的元素，但是镁的沸点比铁水的温度低，喷入铁水中会快速气化，使得铁水呈剧烈沸腾现象，甚至引起爆炸，安全性差，而且镁与铁水接触时间短，导致镁的吸收率低，而且镁进入铁水后是先与氧气反应，因而想要达到较好的脱硫、球化效果就需要增加镁的使用量，不够经济。

因而在本发明中通过在铁水中加入铝来减少铁水中氧气的含量，以降低球化过程中与氧气反应所消耗的镁的量，使得喷入的镁大部分用于脱硫，从而可以降低镁的使用量，提高镁的利用率，进而可以对铁水进行深度脱硫，降低硫的含量，保证球化效果，比较经济；同时通过增大球化包内的压强，提高镁的沸点，降低镁的气化速率，避免镁快速气化导致铁水剧烈沸腾发生铁水外溅的现象，这样可以增加镁与铁水的接触时间，进一步提高镁的吸收率，降低铁水镁的残留量，提高球化率，增加石墨球的数量和圆整度，进而提高铁素体的含量，使得新型球墨铸铁铁路道岔配件配件的强度和耐低温冲击性能均得到提高。

锰在球墨铸铁中具有严重的偏析倾向，会增加珠光体的数量，降低球墨铸铁的韧性，因此在选择原材料的时候应该选择含锰量底的生铁和废钢，同时在后续步骤中应避免再引入锰元素。

磷和硫的含量过高会降低球墨铸铁的低温耐冲击性，因此在选择原材料的时候应选择含含磷和含硫量低的生铁。

对铁液进行孕育处理后，可以增加石墨形核核心数量，细化球状石墨，提高球状石墨的圆整度；同时可以促使共晶团细化，减小共晶团间的偏析程度，提高新型球墨铸铁铁路道岔配件的伸长率和耐冲击力。

通过合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式对铸件进行热处理，从而可以进一步降低珠光体的含量，提高铁素体的含量，进一步提高新型球墨铸铁铁路道岔配件的耐低温冲击性能。

实施例1：

本发明提供的一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其中所述新型球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.3％、硅 2.3％、镍0.5％、铝0.01％、镁0.02％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

第一步：将优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1450℃，制得化学成分合格的铁水；

第二步：在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.3％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7×10⁵MPa；

第三步：完成球化处理和包内孕育处理后，将铁水引入注型腔内浇注，得铸件；

第四步：将铸件升温870℃，保温2h，以3℃/min的速度降温至720℃，保温3h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至870℃，以8℃/min的速度降温至550℃，保温2小时；再以0.8℃/min的速度降温至200℃，空冷至室温，以消除应力，得新型球墨铸铁铁路道岔配件。

其中所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：35％、钡0.5％，余量为铁。

其中，所述优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭以及铝锭的重量比为 3：7。

其中，所述镁颗粒的粒度为0.1mm。

实施例2：

本发明提供的一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其中所述新型球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.4％、硅 2.35％、镍0.55％、铝0.025％、镁0.023％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤ 0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

第一步：将优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1465℃，制得化学成分合格的铁水；

第二步：在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.35％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7.3× 10⁵MPa；

第四步：将铸件升温875℃，保温2.5h，以3.5℃/min的速度降温至725 ℃，保温3.3h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至875℃，以8.5℃/min的速度降温至565℃，保温3.5小时；再以0.9℃/min的速度降温至215℃，空冷至室温，以消除应力，得新型球墨铸铁铁路道岔配件。

其中所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：37％、钡0.53％，余量为铁。

其中，所述优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭以及铝锭的重量比为 4：7。

其中，所述镁颗粒的粒度为0.15mm。

实施例3

本发明提供的一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其中所述新型球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.5％、硅 2.4％、镍0.6％、铝0.035％、镁0.025％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

第一步：将优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1475℃，制得化学成分合格的铁水；

第二步：在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.4％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7.5× 10⁵MPa；

第四步：将铸件升温880℃，保温3h，以4℃/min的速度降温至730℃，保温3.5h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至880℃，以9℃/min的速度降温至575℃，保温4.5小时；再以1.05℃/min的速度降温至225℃，空冷至室温，以消除应力，得新型球墨铸铁铁路道岔配件。

其中所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：39％、钡0.55％，余量为铁。

其中，所述优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭以及铝锭的重量比为 3：8。

其中，所述镁颗粒的粒度为0.2mm。

实施例4

本发明提供的一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其中所述新型球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.6％、硅 2.45％、镍0.65％、铝0.045％、镁0.027％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤ 0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

第一步：将优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1485℃，制得化学成分合格的铁水；

第二步：在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.45％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7.7× 10⁵MPa；

第四步：将铸件升温885℃，保温3.5h，以4.5℃/min的速度降温至735 ℃，保温3.5h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至885℃，以9.5℃/min的速度降温至585℃，保温5.5小时；再以1.15℃/min的速度降温至235℃，空冷至室温，以消除应力，得新型球墨铸铁铁路道岔配件。

其中所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：42％、钡0.57％，余量为铁。

其中，所述优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭以及铝锭的重量比为 3：9。

其中，所述镁颗粒的粒度为0.25mm。

实施例5

一种新型球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其特征在于：所述新型球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.7％、硅2.5％、镍 0.7％、铝0.06％、镁0.03％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

第一步：将优质生铁、含碳素钢成分的废钢、镍锭和铝锭加入中频感应电炉中，熔炼过程中保证铁水的温度在1500℃，制得化学成分合格的铁水；

第二步：在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.5％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为8×10⁵MPa；

第四步：将铸件升温900℃，保温4h，以4℃/min的速度降温至740℃，保温5h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至900℃，以10℃/min的速度降温至600℃，保温7小时；再以1.3℃/min的速度降温至250℃，空冷至室温，以消除应力，得新型球墨铸铁铁路道岔配件。

其中所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：45％、钡0.6％，余量为铁。

其中所述优质生铁和含碳素钢成分的废钢的重量比为4：9。

其中所述镁颗粒的粒度为0.3mm。

性能测试：对由实施例1-5所制得的新型球墨铸铁铁路道岔配件进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1新型球墨铸铁铁路道岔配件的测试结果

由表1的测试结果可知，本发明中的新型球墨铸铁铁路道岔配件具有的球化率高，且具有较高的耐低温冲击性能和冲击塑性，可以适用于高寒地区的铁路轨道交通。

所述对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实。

Claims

1.一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其特征在于：所述球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.3％-4.7％、硅2.3％-2.5％、镍0.5％-0.7％、铝0.01％-0.06％、镁0.02％-0.03％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁；

其制备方法具体包括以下步骤：

在上端和底部均安装有带过滤器的集渣袋的球化包内加入铁水总量0.3％-0.5％的孕育剂，采用侵入式喷枪，以天然气为载体往球化包内喷入钝化颗粒镁，并向球化包内连续稳定的引入铁水，球化包内的压强设置为7×10⁵MPa-8×10⁵MPa；

对铸件进行热处理，将铸件升温870-900℃，保温2-4h，以3-4℃/min的速度降温至720-740℃，保温3-5h，空冷至室温；将空冷后的铸件升温至870-900℃，以8-10℃/min的速度降温至550-600℃，保温2-7小时；再以0.8-1.3℃/min的速度降温至200-250℃，空冷至室温，以消除应力，得球墨铸铁铁路道岔配件。

2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其特征在于：所述球墨铸铁铁路道岔配件中各元素成分的质量百分比为：碳4.5％、硅2.4％、镍0.6％、铝0.035％、镁0.025％、锰≤0.2％、磷≤0.02％、硫≤0.01％、余量为铁。

3.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其特征在于：所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅：35％-45％、钡0.5％-0.6％，余量为铁。

4.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其特征在于：所述优质生铁和含碳素钢成分的废钢的重量比为3-4：7-9。

5.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁铁路道岔配件的制备方法，其特征在于；所述镁颗粒的粒度为0.1-0.3mm。