專利名稱：一種軌道轍叉用合金鋼的制作工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路軌道技術領域，具體涉及一種軌道轍叉用合金鋼的制作工藝。
背景技術：
鐵路道岔的轍叉，由轍叉心軌、位于轍叉心軌兩側的左翼軌和右翼軌等構成，轍叉心軌與兩翼軌之間有較大的空隙，這樣轍叉心軌尖端與兩翼軌工作邊最接近處形成一有害空間，列車通過時，不可避免的會引起沖擊振動，轍叉容易損壞，轍叉損壞將影響列車行駛安全；而由于目前軌道轍叉多為高錳鋼制作而成，高錳鋼初期的硬度較低，磨耗較快，到了后期由于列車的不斷碾壓，會造成轍叉頂面的硬度不斷提高，進而又會出現轍叉剝離掉塊， 進一步的加快了轍叉的傷損；傷損的轍叉將危及列車的行車安全，必須及時予以更換；高錳鋼制作的轍叉不僅使用壽命較低，且需經常更換，極大增加了軌道運行成本。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種使用壽命長，能有效降低軌道運行成本的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，包括以下工藝冶煉-澆鑄-鍛造-熱處理； 具體為(1)冶煉冶煉分為粗煉、精煉及真空脫氣三個工序；粗煉采用電弧爐，向電弧爐內加入生鐵、廢鋼、增碳劑、碳化硅；采用光譜分析儀對鋼水成分進行控制，電弧爐鋼水熔清時C > 0. 50%，如C含量不符合該成分要求，向電弧爐內加入C，直至C > 0. 50%，控制鋼水溫度在1560°C以上，爐渣流動性良好時吹氧去磷脫碳，氧化完畢時C含量為0. 1-0. 13%，P彡0.012%，達到此成分要求時對鋼水進行扒渣；氧化渣被扒除后向鋼水中加入預脫氧劑脫氧，加入1-1. 5%倍鋼水重量的稀薄渣料，進行還原反應，調整鋼水內合金成分，控制各合金成分至其范圍下限，即Si為1.60%， Mn 為 1. 60%，Cr 為 1. 40%，Ni 為 0. 50%，Mo 為 0. 33%，鋼水溫度在 1680_1700°C 出鋼；精煉采用電弧爐，向鋼水內加入精煉渣料，采用光譜分析儀對鋼水成分進行控制，控制各合金成分至其范圍中限，即Si為1.90%，Mn為1.90%，Cr為1.65%，Ni為 0. 55%, Mo為0. 38%，鋼水溫度在1700-1710°C時停止精煉；出鋼后向鋼水內加入生鐵、鉻鐵、鉬鐵、中碳錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵及電解鎳，然后鋼水進入真空爐內真空脫氣；真空脫氣采用真空爐，真空脫氣處理18 20分鐘，計時開始時間控制在5-6分鐘，處理過程吹氬，真空脫氣后向鋼水中加入鋁，加入稀土合金Ce ；根據光譜分析結果，當碳含量不足時喂碳，控制鋼水合金成份在范圍內，即C 0. 23 0.觀％，Si 1. 60 2. 20%， Mn 1. 60 2. 00%,Cr 1. 40 1. 90%,Ni :0. 50 0. 60%,Mo :0. 33 0. 43%,Al :0. 15 0. 20%,Ce 0. 01 0. 02%,P 彡 0. 02%, S ^ 0. 02%，其余為 Fe，N 含量為彡 80. OPPm ；H 含量為彡1.2ppm;0含量為彡20. Oppm;出鋼溫度在1575_1585°C ；(2)澆鑄鋼水從真空爐中出來后鋼水溫度在1560_1565°C時開始澆注，如鋼水溫度達不到，將鋼水放入精煉爐中升溫；澆鑄時錠模內加保護渣4. 5kg/錠，鋼水升至帽口時加入發熱劑0. 5kg/錠，保溫劑4. 5kg/錠，澆注完畢2. 5小時后入緩冷坑；⑶鍛造鍛造后的坯料體積為鍛造前坯料體積的95 97%，鍛造壓力為3 4噸；(4)熱處理熱處理分為三步，分為退火-淬火-回火，熱處理工藝采用電爐，采用PLC自動控溫燃氣方式加熱及保溫；退火；首先對(3)處理后的坯料升溫至680 700°C，保溫2 2. 5小時；再升溫至880 900°C，保溫4. 5 5小時；降溫至沘0 300°C，保溫5. 5 6小時；淬火；將退火處理后的坯料升溫至900 920°C，然后取出坯料，懸掛自然冷卻；回火；將淬火處理后的坯料升溫至330 350°C，保溫5. 5 6小時后，取出坯料自然冷卻。由所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝制作的合金鋼中有害成分N的含量為彡80. OPPm, H的含量彡1. 2ppm, 0的含量為彡20. Oppm0所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時加入的生鐵中C含量為4. 20 4. 50%，其它為鐵。所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時加入的鉻鐵中鉻含量為59 60%，C含量為 0. 20 0. 25%，其它為鐵。所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時加入的鉬鐵中鉬含量58 60%，其它為鐵。所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時加入的中碳錳鋼中錳含量為79 80 %，C含量為1.40 1.50%，P含量為0. 16 0. 18%，其它為鐵。所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時加入的高碳錳鐵中錳含量為75 76%，C含量為6. 60 6. 80%，P含量為0. 12 0. 14%，其它為鐵。所述合金鋼軌道轍叉用合金鋼的化學組成包括，以重量百分比計C :0. 23 0. 28%, Si 1. 60 2. 20%, Mn :1. 60 2. 00%, Cr :1. 40 1. 90%, Ni :0. 50 0. 60%, Mo 0. 33 0. 43%, Al 0. 15 0. 20%, Ce 0. 01 0. 02%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%，其余為1 ;所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時加入的硅鐵中硅含量為75 76%，其它為鐵； 電解鎳中鎳含量為100%。本發明的優點在于所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，通過控制合金鋼內各合金成分配比；同時通過在冶煉、澆注過程中對P、s等有害成分比例的控制；采用合金元素的特定添加步驟，并用直讀光譜分析儀進行鋼水成份控制與合金元素配制方案實現；采用LF 精煉、真空脫氣工藝大大降低鋼水中夾雜物和N、H、0等有害氣體的含量，避免由此造成的鋼材的抗拉強度和低溫沖擊等性能不合格的現象的發生；熱處理采用PLC自動控溫燃氣方式加熱，加熱速度快；由所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝制作的合金鋼產品性能為抗拉強度ob彡1250MPa;屈服強度σ 0. 2彡IlOOMPa ；延伸率δ5(%。)彡10;斷面收縮率Ψ (%。)彡25 ；室溫沖擊韌性α ku(42°C )彡75J/cm2 ；低溫沖擊韌性σ ku(_40°C )彡35J/ cm2 ；硬度HRC37-42 ；由此合金鋼制作的軌道轍叉的抗拉強度和低溫沖擊等性能遠好于高錳鋼，軌道轍叉的使用壽命能大大提高，無需頻繁更換，能大大降低軌道運行成本。
具體實施例方式下面通過對最優實施例的描述，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，包括以下工藝冶煉-澆鑄-鍛造-熱處理； 具體為；(1)冶煉在冶煉過程中需對P、S等有害成分比例進行控制，同時需對Ν、Η、0等有害氣體進行控制，防止因夾雜物去除不凈，有害氣體殘留過多而造成鋼材的抗拉強度和低溫沖擊等性能不合格的情況出現；冶煉分為粗煉、精煉及真空脫氣三個工序，具體為粗煉采用電弧爐，向電弧爐內加入生鐵、廢鋼、增碳劑、碳化硅；采用光譜分析儀對鋼水成分進行控制，電弧爐鋼水熔清時C > 0. 50%，如C含量不符合該成分要求，向電弧爐內加入C，直至C > 0. 50%，控制鋼水溫度在1560°C以上，爐渣流動性良好時吹氧去磷脫碳，氧化完畢時C含量為0. 1-0. 13%,P^ 0. 012%，達到此成分要求時對鋼水進行扒渣；扒除全部氧化渣后迅速加入預脫氧劑脫氧，預脫氧劑為碳化硅；加入1-1. 5%倍鋼水重的稀薄渣料，稀薄渣料為瑩石(塊礦)，化學成分為CaF2、Si02、S、P ；進行還原反應， 調整鋼水內合金成分，控制各合金成分至其范圍下限，即Si為1. 60%, Mn為1. 60%, Cr為 1. 40%，Ni為0. 50%，Mo為0. 33%，鋼水溫度在1680-1700°C出鋼；預脫氧劑及稀薄渣料可直接在市場上購買；精煉采用電弧爐，向鋼水內加入精煉渣料，精煉渣料的化學成分為CaF2、 A1203、Si02、Ca0、Fe203、Mg0、H20，精煉渣料可直接在市場上購買；保持渣況良好，采用光譜分析儀對鋼水成分進行控制，控制各合金成分至其范圍中限，即Si為1. 90%，Mn為1. 90%, Cr為1. 65%，Ni為0. 55%，Mo為0. 38%，鋼水溫度在1700-1710°C時停止精煉；出鋼后向鋼水內再次加入生鐵、鉻鐵、鉬鐵、中碳錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵及電解鎳，然后鋼水進入真空爐內真空脫氣；真空脫氣采用真空爐，真空脫氣處理18 20分鐘，計時開始時間控制在5-6分鐘，處理過程吹氬，氬氣壓力不要過大，保持鋼水液面適當沸騰即可，真空脫氣后向鋼水中加入鋁，加入稀土合金Ce ；根據光譜分析結果，當碳含量不足時喂碳，但碳補喂量要小于 0. 01%，控制鋼水成份范圍在，C 0. 23 0.，Si :1. 60 2. 20%，Mn :1. 60 2. 00%， Cr 1. 40 1. 90%,Ni :0. 50 0. 60%,Mo :0. 33 0. 43%,Al :0. 15 0. 20%,Ce :0. 01 0. 02%,P^ 0. 02%,S^ 0. 02%,其余為Fe，控制夾雜物含量為；N含量為彡80. OPPm ；H含量為彡1.2ppm;0含量為彡20. Oppm;出鋼溫度在1575_1585°C，(2)澆鑄鋼水從真空爐中出來后鋼水溫度在1560_1565°C時開始澆注，如鋼水溫度達不到， 將鋼水放入精煉爐中升溫；澆鑄時錠模內加保護渣，保護渣的化學成分為C、A1203、Si02、 CaO、Fe203, MgO ；鋼水升至帽口時加入發熱劑，發熱劑的化學成分為A1和H20 ；加入保溫劑，保溫劑的化學成分C、A1203、Si02、Ca0、H20，澆注完畢2. 5小時后入緩冷坑；保護渣、發熱劑及保溫劑直接在市場上購買；(3)鍛造鍛造采用機械壓力機、平鍛機、空氣錘等設備，采用的鍛造壓力為3 4噸；鍛造后的坯料體積為鍛造前坯料體積的95 97% ；(4)熱處理熱處理分為三步，分為退火-淬火-回火，熱處理工藝采用電爐，采用PLC自動控溫燃氣方式加熱及保溫；退火；首先對(3)處理后的坯料升溫至680 700°C，保溫2 2. 5小時；再升溫至880 900°C，保溫4. 5 5小時；降溫至沘0 300°C，保溫5. 5 6小時；淬火；將退火處理后的坯料升溫至900 920°C，然后取出坯料，懸掛自然冷卻；回火；將淬火處理后的坯料升溫至330 350°C，保溫5. 5 6小時后，取出坯料自然冷卻。所述冶煉(1)工序中，粗煉及精煉時，生鐵中C含量為4.20 4.50%;鉻鐵中鉻含量為59 60%，C含量為0. 20 0. 25% ；鉬鐵中鉬含量58 60%，中碳錳鋼中錳含量為 79 80%，C含量為1.40 1.50%，P含量為0. 16 0. 18% ；高碳錳鐵中錳含量為75 76%, C含量為6. 60 6. 80%，P含量為0. 12 0. 14% ；硅鐵中硅含量為75 76% ；電解鎳中鎳含量為100%。所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，鋼錠模，各合金材料、澆注用耐材、引流劑、保護渣應烘烤100°c以上保溫2小時以上，保溫劑、發熱劑等其他材料不烘烤，但須保持干燥， 擺放好的澆注系統要用高壓風吹凈系統內灰塵等雜物，并用吸風管吸除凈錠模內殘存灰塵；澆注錠身5-7分鐘，帽口補縮4-6分鐘，控制好澆速，保證鋼液在錠模內平穩上升。所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝制作的合金鋼中有害成分N的含量為彡80. OPPm, H的含量為彡1. 2ppm, 0的含量為彡80. OPPm0所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，制作的軌道轍叉用合金鋼的化學組成包括， 以重量百分比計C :0. 23 0. 28%, Si :1. 60 2. 20%, Mn :1. 60 2. 00%, Cr :1. 40 1. 90%,Ni 0. 50 0. 60%,Mo :0. 33 0. 43%,Al :0. 15 0. 20%,Ce 0. 01 0. 02%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%，其余為！^e ；其中碳提高鋼的屈服點和抗拉強度，但塑性和沖擊性降低；硅硅是還原劑和脫氧劑，硅能提高鋼的彈性極性，硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用；錳錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，較一般讓一般鋼有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能；鉻鉻能夠顯著提高剛的強度、硬度和耐磨性，提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性；鎳能提高鋼的塑性和韌性，在高溫下有防銹和耐熱能力；鉬使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時使得鋼保持足夠的強度和搞蠕變能力；鋁鋼中的脫氧劑，可細化晶粒，提高沖擊韌性，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力；
鈰提高延展性，降低和消除氧、硫對鋼的性能危害。所述軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，通過在冶煉、澆注過程中對P、S等有害成分比例的控制；采用特定配比的合金原料，并采用特定添加步驟，并用直讀光譜分析儀進行鋼水成份控制與合金元素配制方案來實現；采用LF精煉、真空脫氣工藝可以大大降低鋼水中夾雜物和N、H、0等有害氣體的含量，避免由此造成的鋼材的抗拉強度和低溫沖擊等性能不合格的現象的發生；熱處理采用特定穩定，提高產品性能，并采用PLC自動控溫燃氣方式加熱，溫控準確迅速；因而大大提高產品重量和使用壽命；由該制作工藝制作的軌道轍叉用合金鋼的產品性能為抗拉強度σ b彡1250MPa ；屈服強度σ 0. 2彡IlOOMPa ；延伸率 δ 5 (%o)彡10 ；斷面收縮率Ψ (%。)彡25 ；室溫沖擊韌性α ku(42°C )彡75J/cm2 ；低溫沖擊韌性σ ku(-40°C )彡35J/cm2 ；硬度HRC37-42 ；由此合金鋼制作的軌道轍叉的抗拉強度和低溫沖擊等性能遠好于高錳鋼，軌道轍叉的使用壽命能大大提高，無需頻繁更換，能大大降低軌道運行成本。上面對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制， 只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于包括冶煉-澆鑄-鍛造-熱處理； 具體為(1)冶煉冶煉分為粗煉、精煉及真空脫氣三個工序；粗煉采用電弧爐，向電弧爐內加入生鐵、廢鋼、增碳劑、碳化硅；采用光譜分析儀對鋼水成分進行控制，電弧爐鋼水熔清時C > 0. 50%，如C含量不符合該成分要求，向電弧爐內加入C，直至C > 0. 50%，控制鋼水溫度在1560°C以上，爐渣流動性良好時吹氧去磷脫碳，氧化完畢時C含量為0. 1-0. 13%,P^O. 012%，達到此成分要求時對鋼水進行扒渣；氧化渣被扒除后向鋼水中加入預脫氧劑脫氧，加入1-1. 5%倍鋼水重量的稀薄渣料，進行還原反應，調整鋼水內合金成分，控制各合金成分至其范圍下限，鋼水溫度在 1680-1700°C出鋼；精煉采用電弧爐，向鋼水內加入精煉渣料，采用光譜分析儀對鋼水成分進行控制，控制各合金成分至其范圍中限，鋼水溫度在1700-1710°C時停止精煉；出鋼后向鋼水內加入生鐵、鉻鐵、鉬鐵、中碳錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵及電解鎳，然后鋼水進入真空爐內真空脫氣；真空脫氣采用真空爐，真空脫氣處理18 20分鐘，計時開始時間控制在5-6分鐘，處理過程吹氬，真空脫氣后向鋼水中加入鋁，加入稀土合金Ce ；根據光譜分析結果，當碳含量不足時喂碳，控制鋼水C及各合金成份在范圍內，出鋼溫度在1575-1585°C ；(2)澆鑄鋼水溫度在1560-1565°C時開始澆注；(3)鍛造鍛造后的坯料體積為鍛造前坯料體積的95 97% ；(4)熱處理熱處理分為三步，分為退火-淬火-回火，熱處理工藝采用電爐，采用PLC自動控溫燃氣方式加熱及保溫；退火；首先對(3)處理后的坯料升溫至680 700°C，保溫2 2. 5小時；再升溫至 880 900°C，保溫4. 5 5小時；降溫至沘0 300°C，保溫5. 5 6小時；淬火；將退火處理后的坯料升溫至900 920°C，然后取出坯料，懸掛自然冷卻；回火；將淬火處理后的坯料升溫至330 350°C，保溫5. 5 6小時后，取出坯料自然冷卻。
2.按照權利要求1所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于由該制作工藝制作的合金鋼中有害成分N的含量為彡80. OPRii，H的含量為彡1. 2ppm, 0的含量為 (20. Oppm0
3.按照權利要求1或2所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述鍛造工序中，鍛造壓力為3 4噸。
4.按照權利要求3所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述冶煉(1) 工序中，粗煉及精煉時加入的生鐵中C含量為4. 20 4. 50%，其它為鐵。
5.按照權利要求4所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述冶煉(1) 工序中，粗煉及精煉時加入的鉻鐵中鉻含量為59 60%，C含量為0. 20 0. 25%，其它為鐵。
6.按照權利要求5所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述冶煉(1) 工序中，粗煉及精煉時加入的鉬鐵中鉬含量58 60%，其它為鐵。
7.按照權利要求6所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述冶煉(1) 工序中，粗煉及精煉時加入的中碳錳鋼中錳含量為79 80%，C含量為1. 40 1. 50%, P 含量為0. 16 0. 18%，其它為鐵。
8.按照權利要求7所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述冶煉(1) 工序中，粗煉及精煉時加入的高碳錳鐵中錳含量為75 76%，C含量為6. 60 6. 80%，P 含量為0. 12 0. 14%，其它為鐵。
9.按照權利要求8所述的軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，其特征在于所述冶煉(1) 工序中，粗煉及精煉時加入的硅鐵中硅含量為75 76%，其它為鐵；電解鎳中鎳含量為 100%。
全文摘要
本發明公開了一種軌道轍叉用合金鋼的制作工藝，包括冶煉、澆鑄、鍛造及熱處理；由該制作工藝制作的合金鋼制作的軌道轍叉的抗拉強度和低溫沖擊等性能遠好于高錳鋼，軌道轍叉的使用壽命能大大提高，無需頻繁更換，能大大降低軌道運行成本。
文檔編號C22C38/44GK102409138SQ201110336790
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者奚正玉, 張寶華, 曹桂林, 汪趙艷, 王次才, 王飛, 錢正秀 申請人:蕪湖山橋鐵路器材有限公司