CN1721565A

CN1721565A - 含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺

Info

Publication number: CN1721565A
Application number: CN 200410068857
Authority: CN
Inventors: 周清跃; 张银花; 陈昕; 陈朝阳; 赵素华; 张绪平; 周镇国; 刘宏; 宁东; 刘丰收
Original assignee: NEW STEEL ROLLING CO Ltd ANSHAN IRON AND STEEL CO; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Current assignee: NEW STEEL ROLLING CO Ltd ANSHAN IRON AND STEEL CO; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-01-18

Abstract

含有5～15％稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺，其合金钢的主要元素是C、Si、Mn和Mo，其余为Fe和不可避免的杂质，并且进行稀土净化处理。在上述元素基础上加上一种或一种以上Ni、Cr、Nb、V、Ti等元素。翼轨制造主要工艺为转炉冶炼、连铸钢坯、轧制翼轨、空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温、下料、残奥稳定化处理、矫直精整；心轨制造主要工艺为电弧炉冶炼、铸造钢锭、锻造或轧制开坯、锻造成型，空冷或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温，正火或等温处理、残奥稳定化处理和精整加工。本辙叉的翼轨、心轨均采用贝氏体钢制造，含有5～15％的稳定残余奥氏体组织，具有同等的使用寿命；实现了与贝氏体钢轨、珠光体钢轨之间的焊接，有利于跨区间无缝线路的铺设和铁路运输的提速平稳运行。

Description

含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺

①技术领域

本发明是一种含有5～15％稳定残余奥氏体的全贝氏体钢制造的铁路辙叉及其制造工艺，属铁路道岔技术领域。

②背景技术

轨道是保证铁路重载、高速、安全运输的基础，道岔是轨道中的薄弱环节，而辙叉又是道岔的核心部件，它主要由翼轨和心轨两部分组成。目前，我国铁路主要有固定式辙叉和可动式辙叉。固定式辙叉大多由高锰钢整铸制造；可动式辙叉由珠光体类钢轨拼装制造。高锰钢整铸辙叉由于铸造质量问题，其平均使用寿命不到亿吨(过叉车辆吨位数)，与线路钢轨大修周期不配套。高锰钢辙叉是奥氏体组织，不但难与珠光体钢轨焊接，而且工艺复杂，不适应超长无缝线路的发展。

一种由奥-贝合金钢制造叉心和由珠光体型热处理强化钢轨制造的翼轨相拼成的新型辙叉，在铁路运营中该种叉心的使用寿命较长，通过总重可达2至3亿吨，但是，该材料难以与珠光体钢轨焊接，并且采用珠光体型热处理强化钢轨制造的翼轨，在使用中其抗冲击、耐剥离、耐磨损等性能与奥-贝钢制造的叉心不相匹配，因而被提早更换。

③发明内容

本发明的目的是提供一种具有抗冲击、抗剥离、耐磨损、可与珠光体钢轨焊接的全贝氏体钢辙叉，其辙叉心轨和翼轨均由一种含有5～15％稳定残余奥氏体的贝氏体钢制造，实现心轨与翼轨同等寿命；本发明的含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉，不但能与贝氏体钢轨焊接而且又能与珠光体类钢轨相焊接，满足超长无缝线路的要求。

本发明是通过如下技术方案实现的：全贝氏体钢辙叉由贝氏体辙叉心轨、贝氏体辙叉翼轨、连接螺栓及相关零部件构成，心轨和翼轨分别按设计要求制造，而后用高强度连接螺栓组合成一个辙叉。

1.辙叉翼轨的主要制造工艺流程为：用现代转炉冶炼→连铸→轧制→控制冷却→下料→残奥稳定化处理→矫直精整。其开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度为1000℃～850℃；热轧后在空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温。残奥稳定化处理温度为200℃～500℃。

2.辙叉心轨的主要制造工艺流程为：用现代电弧炉冶炼→铸锭→锻造或轧制→控制冷却→正火或等温处理→残奥稳定化处理→精整加工。其始锻温度≤1350℃，终锻温度≤1050℃，锻后在空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温。成型心轨被加热到850℃～1000℃进行正火处理或等温处理，等温处理温度为300℃～550℃，随后进行残余奥氏体稳定化处理，稳定化处理温度为300℃～500℃。

3.为了达到辙叉心轨和翼轨具有等同的长寿命，本发明主要合金元素的重量配比为：C＝0.20～0.5％，Si＝1.3～2.00％，Mn＝1.50～3.50％，Mo＝0.10～0.90％，Al≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质，并且进行稀土净化处理。

4.上面第3项所述的辙叉，其翼轨特征是还含有Cr＝0.50～1.00％，V＝0.05～0.08％。

5.上面第3项所述的辙叉，其翼轨特征是，C＝0.20～0.30％；还含有Cr＝0.50～1.50％，Nb＝0.05～0.06％。

6.上述第3项所述的辙叉，其翼轨特征是，还含有Cr＝0.50～1.50％，Ni＝0.30～1.25％，Ti＝0.02～0.06％。

7.上述第3项所述的辙叉，其心轨特征是，C＝0.25～0.35％；还含有Cr＝0.50～1.50％，V＝0.05～0.08％。

8.上述第3项所述的辙叉，其心轨特征是，还含有Cr＝0.80～1.50％，Ni＝0.30～1.00％，Ti＝0.02～0.05％。

9.上述第3项所述的辙叉，其心轨特征是，还含有Cr＝1.00～1.50％，Ni＝0.50～1.00％，Nb＝0.04～0.08％。

将上述包含有关元素的钢材，按前述制造工艺流程分别制成辙叉心轨与翼轨，达到同材质、同强韧性能和同寿命的目的。

本发明的全贝氏体钢辙叉，具有如下性能特征：

1.具有高的强韧相兼的力学性能指标：屈服强度R_p0.2≥1000MPa，抗拉强度R_m≥1200MPa，断后伸长率A≥12％，断面收缩率Z≥45％，冲击功A_KU≥80J，断裂韧性K_IC≥80MPa·m^1/2。

2.具有无碳化物贝氏体铁素体板条及其间分布着稳定的(膜或岛状)残余奥氏体组织，经残余奥氏体稳定化处理控制残余奥氏体的含量在5～15％范围内。

3.具有高的残余奥氏体稳定性，尤其机械稳定性高，在高的使用载荷作用下，适量的、高稳定性的残余奥氏体不易诱发转变成高脆性马氏体，从而大大提高了辙叉的韧塑性和抗剥离性能。

4.不仅具有优异的抗磨损性能，而且对车轮的磨损量也很小，显示出良好的轮轨匹配关系。

5.具有比珠光体类钢轨更优良的抗表面损伤和耐冲击能力以及更高的疲劳极限和冲击韧度。

6.全贝氏体钢辙叉在应用中的突出优点是：

1)采用本发明化学成分冶炼的钢材和工艺制造的含有5～15％稳定的残余奥氏体全贝氏体钢辙叉，呈现出高的抗冲击、抗剥离、耐磨损的性能特点，而且使辙叉翼轨和辙叉心轨具有同等长的使用寿命。

2)所用钢材的碳当量较低、合金元素适当，不仅易于实现与贝氏体钢轨间的焊接，而且也易于实施与珠光体钢轨相互的焊接，克服了高锰钢辙叉以及奥-贝合金钢辙叉与珠光体钢轨相互焊接困难的问题，有利于跨区间无缝线路的实施和铁路运输的提速平稳运行。

④附图说明

图1为全贝氏体钢辙叉平面构造示意图。

图2为图1的A-A断面示意图。

图3为全贝氏体辙叉钢的组织形貌图。

图4a为全贝氏体辙叉钢的磨损量对比图。

图4b为全贝氏体辙叉钢对过叉车轮钢的磨损量对比图。

图5为全贝氏体辙叉钢与普通钢轨钢的磨损(8万转后)表面光洁度对比图。

图6为全贝氏体辙叉钢的疲劳极限曲线图。

图7为全贝氏体辙叉钢的冲击功曲线图

图8为全贝氏体钢辙叉翼轨横断面硬度分布示意图。

图9为辙叉翼轨的制造主要工艺流程示意图，

图10为辙叉心轨的制造主要工艺流程示意图。

⑤具体实施方式

如图1、图2所示，全贝氏体钢辙叉由辙叉心轨1、辙叉翼轨2、连接螺栓3和相关零部件构成。两条辙叉翼轨2放置在辙叉心轨1的两侧，安装相关零部件，用连接螺栓3穿过辙叉心轨1和辙叉翼轨2上预制连接孔，将辙叉心轨1和辙叉翼轨2紧固成一体。

如图3所示，显示出贝氏体铁素体板条及其间分布着稳定的残余奥氏体组织，并控制在5～15％范围内。

如图4a所示，通过该图可见，贝氏体钢辙叉具有优异的抗磨损性能。

如图4b所示，该图表示出全贝氏体辙叉对过叉车轮的磨损很低。

如图5所示，本发明的贝氏体辙叉钢以及珠光体钢轨钢与同一车轮对磨，经8万转磨损实验后珠光体类轨钢都出现明显剥离掉块坑，而贝氏体辙叉钢试样表面则保持非常光滑的光洁度，表现出优异的抗表面损伤性能。

如图6、图7所示，本发明的贝氏体辙叉钢比珠光体钢轨钢具有更高的拉压疲劳极限和冲击韧度。

如图8所示，本发明辙叉翼轨的横断面上硬度分布均匀，特别是轨头心部仍保持高的硬度，以保证该种翼轨具有高的实用性能。

如图9所示，该图为本发明辙叉翼轨的主要制造工艺流程图，图中每一方框为一道工序，箭头指示流程顺序，数字为工序号。

按本发明合金元素重量比要求备料之后开始进入工序(1)，用现代转炉进行冶炼；进入工序(2)，将冶炼出的钢液连铸成坯料；进入工序(3)，用轧机把坯料轧制成辙叉翼轨；进入工序(4)，轧制成的翼轨放置在空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温；进入工序(5)，按所需翼轨长度进行下料；进入工序(6)，对翼轨进行残余奥氏体稳定化处理；进入工序(7)，对辙叉翼轨进行矫直、精整。

如图10所示，该图为本发明辙叉心轨的主要制造工艺流程图，图示符号如前述。

按本发明合金元素重量比要求备料之后进入工序(1)，用现代电弧炉进行冶炼；进入工序(2)，将冶炼出的钢液铸造成钢锭；进入工序(3)，以锻造或轧制方法将钢锭锻造或轧制成坯料，进而锻造成辙叉心轨；进入工序(4)，将锻造成的心轨放置在空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温；进入工序(5)，对辙叉心轨进行正火或等温处理；进入工序(6)，对辙叉心轨进行残余奥氏体稳定化处理；进入工序(7)，对辙叉心轨进行精整加工。

本发明最佳实施例中的合金成分如下表所列。

表最佳实施例中合金成分

序号	化学成分(wt％)
	化学成分(wt％)	C Si Mn Mo Cr Ni Al V Nb Ti
	123456789101112131415	C Si Mn Mo Cr Ni Al V Nb Ti	0.23 1.58 1.70 0.39 1.00 0.008 0.060.30 1.40 2.80 0.41 - 0.0050.32 1.52 1.51 0.56 1.22 0.007 0.080.23 1.68 1.83 0.45 1.20 0.008 0.050.29 1.30 2.50 0.59 1.00 0.35 0.006 0.030.26 1.50 2.00 0.35 0.60 0.0080.28 1.65 1.60 0.50 0.55 0.007 0.080.32 1.80 1.90 0.40 1.10 0.40 0.0090.36 1.30 1.50 0.50 0.80 0.009 0.050.22 1.91 1.55 0.50 1.25 0.008 0.050.27 1.62 1.55 0.42 1.20 0.007 0.050.31 1.57 1.75 0.45 1.12 0.95 0.005 0.040.33 1.74 2.15 0.47 - 0.0050.24 1.69 1.60 0.55 1.00 0.60 0.006 0.060.40 1.50 1.50 0.80 1.20 0.10

Claims

1、一种含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺，辙叉由辙叉翼轨、心轨、连接螺栓及相关零部件构成，其特征在于：该种辙叉用合金钢的主要元素重量配比为：C＝0.20～0.50％，Si＝1.30～2.00％，Mn＝1.50～3.50％，Mo＝0.20～0.90％，Al≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质，并且进行稀土净化处理。

2、根据权利要求1所述的辙叉，其特征在于：翼轨合金钢中还含有Cr＝0.50～1.00％，V＝0.05～0.08％。

3、根据权利要求1所述的辙叉，其特征在于：翼轨合金钢中的C＝0.20～0.30％；还含有Cr＝0.50～1.50％，Nb＝0.05～0.08％。

4、根据权利要求1所述的辙叉，其特征在于：翼轨合金钢中还含有Cr＝0.50～1.50％，Ni＝0.30～1.25％，Ti＝0.02～0.06％。

5、根据权利要求1所述的辙叉，其特征在于：心轨合金钢中的C＝0.25～0.35％；还含有Cr＝0.50～1.50％，V＝0.05～0.08％。

6、根据权利要求1所述的辙叉，其特征在于：心轨合金钢中还含有Cr＝0.80～1.50％，Ni＝0.30～1.00％，Ti＝0.02～0.05％。

7、根据权利要求1所述的辙叉，其特征在于：心轨合金钢中还含有Cr＝1.00～1.50％，Ni＝0.50～1.50％，Nb＝0.04～0.08％。

8、一种含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺，其特征在于：翼轨的制造工艺是按本发明合金元素重量比要求备料之后用现代转炉进行冶炼，将冶炼出的钢液连铸成坯料，再用轧钢机把坯料轧制成辙叉翼轨，把轧制的翼轨放置在空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度然后空冷至室温，按翼轨所需长度下料并进行残奥稳定化处理，稳定化温度为200℃～500℃，最后对辙叉翼轨进行矫直精整；其开轧温度为1100℃～1150℃，终轧温度为1000℃～850℃。

9、一种含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺，其特征在于：心轨的制造工艺是按本发明合金元素重量比要求备料之后，用现代电弧炉进行冶炼，将冶炼出的钢液铸造成钢锭，以锻造或轧制方法将钢锭锻造或轧制成坯料，进而锻造成辙叉心轨，并将锻造心轨置于空气中自然冷却或加速冷却至贝氏体转变温度后空冷至室温，其始锻温度≤1350℃，终锻温度≤1050℃；将锻造心轨进行正火处理或等温处理，随后空冷至室温，其正火温度为850℃～1000℃，等温处理温度为300℃～550℃；将锻造心轨进行残奥稳定化处理，稳定化温度为300℃～500℃。

10、根据权利要求1～9所述的含有稳定残余奥氏体的全贝氏体钢辙叉及其制造工艺，其特征在于：在辙叉合金钢中，稳定残余奥氏体控制在5～15％范围之内。