高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法

2023-05-26 11:41:31 3

專利名稱：高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鐵路組合轍叉中高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法，尤其涉及將高錳鋼鑄造鋼錠加熱保溫後，採用鍛造(軋制)的方法進行鍛造成型，而後進行水韌處理以及機械加工成高錳鋼轍叉心軌的過程。
背景技術：
轍叉是鐵路線上最重要的部件，它承擔著轉向分流的任務。它所承受的載荷為列車車輪的高速衝擊和磨擦。在這種苛刻的服役條件下，高錳鋼仍具有韌性好，承載硬化高，耐磨性好等優點，所以近百年以來高錳鋼一直都被廣泛應用於鐵路轍叉的製造中。
廣泛使用的普通高錳鋼(ZGMn13)轍叉的化學成分為C0.9％-1.4％，Mn11％-14％，其餘為鐵和少量雜質元素，如，Si、S、P等。原先的轍叉一般為整鑄高錳鋼轍叉，由於在鑄造過程中存在著各式各樣的鑄造缺陷，如疏鬆、縮孔、微裂紋、晶粒和夾雜物粗大及成分組織偏析等，而使轍叉在使用過程很容易產生縱向水平裂紋、垂直裂紋、壓塌、剝離掉塊等，從而導致高錳鋼轍叉失效，降低使用壽命。目前，我國生產的整鑄高錳鋼轍叉的平均使用壽命(過載量)僅為1.2億噸。
為了進一步提高高錳鋼轍叉的使用壽命，人們已經從下列兩個方面開展了廣泛深入的研究，獲得了許多研究成果，從而使轍叉使用壽命有了較大幅度的提高第一，從材質上來進行改善，即在原來高錳鋼化學成分的基礎上通過合金化的手段來提高轍叉的使用壽命。國家專利《鐵路轍叉專用含氮奧氏體錳鉻鋼》(公開號CN1451777)報導了在普通高錳鋼化學成分的基礎上添加一定量的氮、鉻、釩和稀土元素，而使高錳鋼轍叉的使用壽命提高50％-80％，過載量可達2億噸以上。
第二，從設計上對轍叉的總體結構進行改進，採用了新的結構——組合轍叉。使轍叉中僅心軌或叉心部分採用鑄造高錳鋼或者合金鋼。通過焊接和/或螺栓連接的方法將它們與翼軌或翼軌和連心軌連接起來，組合成組合轍叉。
對於鑄造高錳鋼心軌，由於其尺寸的減小將使其內部的鑄造缺陷減少而最終使組合轍叉的使用壽命得到提高。其使用過載量可達1.8億噸。但這樣的措施不能完全消除鑄造缺陷的存在，因而它們提高轍叉使用壽命的程度是有限的。隨著重載、高速列車的發展，鑄造高錳鋼內部存在的不足進一步凸顯出來，最大程度地消除鑄造高錳鋼的鑄造缺陷，無疑會使此類高錳鋼心軌組合轍叉的使用壽命得到更大的提高。
對於用作組合轍叉中心軌或叉心的合金鋼，由於其強度較高，而使組合轍叉的使用壽命有了進一步的提高。其中，最有代表性的合金鋼是貝氏體鋼。國家專利《高速準高速鐵路轍叉高性能耐磨鋼》(公開號CN1208776)和專利《鐵道轍叉專用超強高韌可焊接空冷鴻康貝氏體鋼》(公開號CN1256323)報導了採用貝氏體鋼來代替鑄造高錳鋼用作組合轍叉中的心軌，以及專利《鐵路鍛焊轍叉》(公開號CN2302284)和專利《合金鋼複合轍叉》(公開號CN2570315)進一步報導了在組合轍叉的結構中，心軌分別採用了中錳或錳鉻鋼和合金鋼，而使組合轍叉的使用壽命提高，其使用壽命是整鑄高錳鋼轍叉的2倍以上。
對於合金鋼心軌之所以能提高組合轍叉使用壽命的原因，他們普遍都認為是由於合金鋼心軌的組織結構為強韌性較高的貝氏體組織或貝氏體/馬氏體復相組織，因而使用壽命得到了提高。但我們知道，材料的強度越高，一般地其塑性和韌性將越低。而對於在轍叉所承受的載荷為列車車輪的高速衝擊和磨擦等這種苛刻的工況下，為了提高組合轍叉的使用壽命，我們應該強調的是在保證材料具有較高強度的基礎上，儘可能地提高材料的塑性和韌性。合金鋼組合轍叉使用壽命高的原因到底何在，姑且不論，由於高錳鋼本身有韌性好，承載硬化高，耐磨性好等優點，因而可以認為在消除了諸如疏鬆、晶粒和夾雜物粗大及成分組織偏析等鑄造缺陷之後，高錳鋼轍叉的使用性能將肯定會得到大幅度的提高。因此，為了消除高錳鋼的鑄造缺陷，以便可以充分地發揮高錳鋼的性能優勢，開發出新的生產方法是完全必要的。

發明內容
鑑於上述現有技術所存在的問題，本發明的目的是針對現有組合轍叉中心軌的選材和生產方法的弊端，從生產方法和工藝上對它進行改進，提出一種將高錳鋼鑄錠進行加熱、鍛造(軋制)，經一定變形量的鍛造成型和熱處理後，再經少量的機械加工，加工成高錳鋼轍叉心軌的工藝方法。由於這種方法使所獲得的高錳鋼轍叉心軌的鑄造缺陷大為減少，因而高錳鋼的性能以及組合轍叉的使用壽命將得到大幅度的提高。
本發明的技術解決方案是這樣實現的一種高錳鋼轍叉心軌的鑄造(軋制)生產方法，其特徵在於包括步驟A製得普通高錳鋼或經過合金化的高錳鋼鑄錠、步驟B將鑄錠加熱後，採用自由鍛、模鍛和/或軋制的方法進行鍛造成型、步驟C將鍛造成型後的毛坯直接進行水韌處理或在鍛後重新加熱進行水韌處理和步驟D最後機械加工成高錳鋼轍叉心軌。
所述的步驟B的始鍛(軋)溫度≤1350℃，終鍛(軋)溫度≥900℃；鍛造比在1.5～10.0範圍內的任意值。
所述的步驟C將鍛造毛坯在終鍛(軋)完畢後直接進行水韌處理或在鍛造後重新加熱到900℃～1250℃範圍內進行水韌處理。
所述的普通高錳鋼或經過合金化的高錳鋼可以是國家標準(GB/T 5680-1998)中所規定的高錳鋼和在此基礎上用鉻、鉬、鎳、鈦、釩、硼、鋁、氮、鈮和稀土元素中一種和/或其複合合金化的高錳鋼。
所述的高錳鋼轍叉心軌可以是組合轍叉中的心軌或心軌中的叉心。
所述的鑄造鋼錠可以是常規鑄造生產方法或特殊鑄造生產方法生產出的鑄錠。
本發明與現有的鑄造高錳鋼轍叉心軌相比，具有機械性能和使用壽命高的優點；而與合金鋼心軌相比，不但在機械性能，特別是使用壽命上不低於或者甚至超過合金鋼心軌，而且還具有成本低廉、生產工藝簡單等優點。
具體實施例方式
本發明的具體實施方式
如下實施例1首先澆注出重量約為450公斤普通化學成分的高錳鋼鑄錠。將高錳鋼鑄錠緩慢加熱後進行自由鍛造加工成12號組合轍叉心軌的鍛造毛坯，其始鍛溫度為1200℃，鍛造比為3.5，終鍛溫度不低於950℃。鍛造完畢後直接進行水韌處理。最後機械加工成高錳鋼轍叉心軌。
實施例2首先澆注出高錳鋼心軌鑄造毛坯。其化學成分為在普通高錳鋼化學成分的基礎上，按重量百分比添加了2％的鉻和0.2％的稀土合金。將鑄坯緩慢加熱後進行模內鍛造，加工成12號組合轍叉心軌的鍛造毛坯，其始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度不低於950℃。鍛造完畢後直接進行水韌處理。最後機械加工成12號提速組合轍叉心軌。
實施例3首先澆注出重量約為3000公斤普通化學成分高錳鋼鑄錠。將鑄坯緩慢加熱後進行軋製成橫截面尺寸約為180mm×160mm的軋坯，其始軋溫度為1250℃，軋制鍛造比約為8，終軋溫度不低於900℃。軋制完畢後緩慢冷卻到室溫。將軋坯按長度約1040mm切割成段後，再重新加熱到1020℃保溫1.5小時後進行水韌處理。最後機械加工成12號組合轍叉叉心。
利用本發明技術獲得的高錳鋼轍叉心軌由於像疏鬆、晶粒和夾雜物粗大及成分組織偏析等這樣的鑄造缺陷得到了消除或減少，因而其性能都將得到提高。特別是抗彎強度、-40℃下的低溫衝擊韌性提高的幅度最為明顯。與鑄造高錳鋼相比，其抗彎強度和低溫衝擊韌性可以分別提高55％-65％和100％-200％。由於鍛造高錳鋼轍叉心軌可以使高錳鋼的性能優勢得到充分地發揮，因而其使用壽命可以得到較大的提高。採用本發明實施例一技術手段生產的組合轍叉在現場實際應用時，其使用壽命達到了2.9億噸通過量。
權利要求
1.一種高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法，其特徵在於包括步驟A製得普通高錳鋼或經過合金化的高錳鋼鑄錠、步驟B將鑄錠加熱後，採用自由鍛、模鍛和/或軋制的方法進行鍛造成型、步驟C將鍛造成型後的毛坯在鍛造完畢時直接進行水韌處理或在鍛後重新加熱進行水韌處理和步驟D最後機械加工成高錳鋼轍叉心軌。
2.根據權利要求1所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法，其特徵在於所述的步驟B的始鍛(軋)溫度≤1350℃，終鍛(軋)溫度≥900℃；鍛造比在1.5～10.0範圍內的任意值。
3.根據權利要求1或2所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法，其特徵在於所述的步驟C將鍛造毛坯在終鍛(軋)完畢後直接進行水韌處理或在鍛造後重新加熱到900℃～1250℃溫度範圍內進行水韌處理。
4.根據權利要求1或2所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法，其特徵在於所述的普通高錳鋼或經過合金化的高錳鋼可以是國家標準(GB/T5680-1998)中所規定的高錳鋼和在此基礎上用鉻、鉬、鎳、鈦、釩、硼、鋁、氮、鈮和稀土元素中一種或其複合合金化的高錳鋼。
5.根據權利要求1或2所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法；其特徵在於所述的高錳鋼轍叉心軌可以是組合轍叉中的心軌或心軌中的叉心。
6.根據權利要求1所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法；其特徵在於所述的鑄造鋼錠可以是常規鑄造生產方法或特殊鑄造生產方法生產出來的鑄錠。
全文摘要
本發明公開了一種用於鐵路組合轍叉心軌的鍛造(軋制)生產方法，其特徵在於該生產方法包括製得普通高錳鋼或經過合金化的高錳鋼鑄錠，將鑄錠鍛造(軋制)成型後的毛坯直接進行水韌處理或在緩慢冷卻後再重新加熱進行水韌處理，和最後機械加工成高錳鋼轍叉心軌的步驟。其中所述鍛造(軋制)的始鍛溫度為≤1350℃，終鍛(軋制)溫度≥900℃，鍛造成型時的鍛造比在1.5～10.0的範圍內。本法採用鍛造(軋制)加工取代鑄造加工，消除了鑄件的內部缺陷，顯著改善了轍叉心軌的綜合機械性能，大大提高了轍叉的承載能力。
文檔編號B23P23/00GK1745963SQ20051011395
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月17日 優先權日2005年10月17日
發明者丁志敏, 劉國偉, 王建新, 胡英華, 閻穎, 石子源, 張文寧, 劉恆亮 申請人:大連交通大學, 瀋陽鐵路局薛家配件廠