一种洁净高锰奥氏体钢辙叉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种洁净高锰奥氏体钢辙叉及其制备方法，涉及道岔钢轨件技术领域。制备方法为：对经过脱磷、脱硫处理的高锰奥氏体钢钢液进行两段吹气净化，然后铸成辙叉铸坯，对辙叉铸坯高于辙叉工作面的区域进行锻造，之后进行热处理及水韧处理，得到高锰奥氏体钢辙叉。本发明专利技术通过合理设计高锰奥氏体钢的化学成分，系统优化冶炼、精炼高锰钢工艺，精准设计铸坯结构，控制辙叉关键部位的变形，保证锻造比并优化锻造流线，显著提升了辙叉的耐磨性和抗疲劳寿命。疲劳寿命。疲劳寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种洁净高锰奥氏体钢辙叉及其制备方法


[0001]本专利技术涉及道岔钢轨件
，特别是涉及一种洁净高锰奥氏体钢辙叉及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁路辙叉是铁路轨道的重要组成部分，是列车改变运行轨迹的关键部件。高锰钢具有优异的耐冲击性能和加工硬化特性，是生产铁路辙叉的主要钢种。高锰钢难锻，因此常采用铸造方式生产，经水韧处理后使用。近年来，我国高速、重载铁路快速发展，这种运输环境下铁路辙叉服役条件极度恶化，铁路辙叉经受列车车轮频繁且强烈的冲击力作用，导致其寿命短且离散。传统铸造工艺生产的高锰钢辙叉存在杂质元素含量高、铸造缺陷明显等缺点，无法满足重载铁路辙叉长寿命、高安全性的使用需求。
[0003]为了提高高锰钢辙叉的使用性能，高锰钢洁净化和锻造处理是其中最主要的途径。专利公告号CN101323891B，名称为“一种纯净高锰钢辙叉的制造方法”的中国专利技术专利中提出，将化学成分(wt.％)为CaO 25％，CaF
2 25％，Re
‑
Mg 50％的变质剂预先加入到钢包中，钢液冲入钢包后与变质剂混合从而达到净化钢液的目的。专利公告号CN101275175A，名称为“对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法”的中国专利中，提出将预先烘烤好的钇基重稀土置于钢包底部，将熔化的钢液冲入钢包，镇静一段时间后进行浇铸，获得高锰钢铸件。两种高锰钢净化方法均采用了钢包底部冲入稀土/变质剂的方法，以期对高锰钢钢液进行净化处理。然而，这种钢包冲入法对稀土/变质剂颗粒尺寸、钢液冲入速度、钢液温度有非常高的要求，容易导致钢包底部的添加剂在钢液中分布不均匀，甚至无法完全熔化的风险，不仅无法起到净化作用，还会恶化高锰钢的力学性能。另外，加入到钢中的稀土仅仅起到了变质剂的作用，造成了稀土的严重浪费。专利公告号CN108251627B，名称为“一种对铸造高锰钢辙叉进行局部形变热处理方法”的中国专利中，提出将铸造辙叉的心轨宽20
‑
60mm段以及相应的翼轨加高15
‑
35mm，经固溶处理后进行压下变形，以获得一种局部形变热处理辙叉，这种处理方法可以显著改善心轨和翼轨过渡段的微观组织并提高力学性能，但其形变热处理过程无约束，辙叉心轨和翼轨侧面变形突出严重，加大辙叉后续机械加工难度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种洁净高锰奥氏体钢辙叉及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，从而显著提升辙叉的使用性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种高锰奥氏体钢辙叉的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)采用电弧炉冶炼高锰奥氏体钢实现脱磷、脱硫后，钢液1450～1470℃出钢，转入LF钢包精炼炉进行精炼(精炼过程维持钢液1460℃)：向高锰奥氏体钢钢液底部通入氩气，同时进行脱氧处理；之后向高锰奥氏体钢钢液底部通入氮气，同时加入稀土合金，完成所述高锰奥氏体钢的净化；
[0008](2)将净化后的高锰奥氏体钢铸造成辙叉铸坯，然后将所述辙叉铸坯在1180℃条件下保温时间2～3h；
[0009]所述辙叉铸坯心轨断面宽度10mm至60mm区域以及对应两侧翼轨区域高于辙叉工作面，心轨断面宽度为10mm处的心轨和对应两侧翼轨高出工作面40～45mm，心轨断面宽度为60mm处的心轨和对应两侧翼轨高出工作面30～35mm，10mm～60mm中间区域心轨和对应两侧翼轨为斜坡平顺过渡；心轨断面宽度10mm至心轨铸造尖端区间内的心轨及对应两侧翼轨为斜坡过渡，斜坡坡度为45
°
；心轨断面宽度60mm至70mm区间内的心轨和对应两侧翼轨为斜坡过渡，斜坡坡度为30
°
；
[0010](3)对步骤(2)所得辙叉铸坯高于辙叉工作面的区域进行锻造，拔模斜度为7～10
°
；
[0011](4)将步骤(3)锻造完成后的辙叉铸坯进行热处理及水韧处理，即得所述高锰奥氏体钢辙叉。
[0012]进一步地，氩气通入时间为5～10min，氩气压力为0.3～0.4MPa。
[0013]进一步地，氮气通入时间为15～20min，氮气压力为0.3～0.4MPa。
[0014]步骤(1)中，通过喂入硅铝钡钙线进行脱氧，通过喂入稀土合金包芯线的方式加入稀土合金。稀土合金包芯线外皮为纯铁，内部填充颗粒状稀土合金，合金颗粒的化学成分(wt.％)为Y≥30，Ce≥10，Si≤10，Ba≥15，Ca≥15，稀土合金加入量占钢液总量的0.4％～0.6％。
[0015]本专利技术利用稀土合金包芯线进行喂丝操作，使稀土充分溶解到钢液中；钢液中加入特定稀土合金成分可同时实现钢液的脱磷和脱硫。
[0016]进一步地，按照质量百分数计，步骤(1)净化后的高锰奥氏体钢化学成分如下：C：1.1～1.3，Mn：12.0～14.0，Cr：1.8～2.2，Si＜0.5，Y：0.005～0.010，Ce：0.001～0.003，N：0.02～0.04，S≤0.01，P≤0.01，有害气体和杂质元素含量总和小于50ppm。
[0017]锻造开始前需对锻造模具进行预热，预热温度为400～600℃。
[0018]进一步地，锻造方式为模锻或半模锻；下模与高锰奥氏体钢辙叉底部结构契合起支撑作用，上模内部结构与实际工作面相似匹配，拔模斜度为7～10
°
，锻造完成后保证辙叉锻造区域工作面以下40mm深度以内的变形量≥40％。
[0019]进一步地，所述热处理的温度为1100℃，时间为5～10min。
[0020]锻造后的高锰奥氏体钢辙叉的工作面具有沿心轨和翼轨轮廓线及沿辙叉长度方向完整的金属变形流线。
[0021]本专利技术还提供所述制备方法制得的高锰奥氏体钢辙叉。
[0022]本专利技术公开了以下技术效果：
[0023]本专利技术净化过程的吹气工艺分为两段，前期先进行吹氩处理，以最大限度促进夹杂物上浮，后期进行吹氮处理，在对钢液进行氮化的同时，多余氮气用于上浮进一步减少钢中夹杂物；铸坯设计及模锻工艺考虑金属变形量及金属流动，在保证变形量同时，使辙叉工作面具有沿心轨和翼轨轮廓线和沿辙叉长度方向完整的金属变形流线，提高辙叉疲劳寿命。经本专利技术工艺技术处理后，辙叉的耐磨性和抗疲劳寿命显著提升。
[0024]本专利技术提供了一种洁净高锰铬氮钇钢铸锻辙叉的制造方法，通过合理设计高锰奥氏体钢的化学成分，系统优化冶炼、精炼高锰钢工艺，精准设计铸坯结构，控制辙叉关键部
位的变形，保证锻造比并优化锻造流线，显著延长了辙叉表面出现疲劳剥落掉块的时间，大幅度提高了辙叉的服役寿命。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高锰奥氏体钢辙叉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向经过脱磷、脱硫处理的高锰奥氏体钢钢液底部通入氩气，同时进行脱氧处理；之后向所述钢液底部通入氮气，同时加入稀土合金，完成所述高锰奥氏体钢的净化；(2)将净化后的高锰奥氏体钢铸造成辙叉铸坯，然后将所述辙叉铸坯在1180℃条件下保温时间2～3h；所述辙叉铸坯心轨断面宽度10mm至60mm区域以及对应两侧翼轨区域高于辙叉工作面，心轨断面宽度为10mm处的心轨和对应两侧翼轨高出工作面40～45mm，心轨断面宽度为60mm处的心轨和对应两侧翼轨高出工作面30～35mm，10mm～60mm中间区域心轨和对应两侧翼轨为斜坡平顺过渡；心轨断面宽度10mm至心轨铸造尖端区间内的心轨及对应两侧翼轨为斜坡过渡，斜坡坡度为45
°
；心轨断面宽度60mm至70mm区间内的心轨和对应两侧翼轨为斜坡过渡，斜坡坡度为30
°
；(3)对步骤(2)所得辙叉铸坯高于辙叉工作面的区域进行锻造，拔模斜度为7～10
°
；(4)将步骤(3)锻造完成后的辙叉铸坯进行热处理及水韧处理，即得所述高锰奥氏体钢辙叉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福成，陈晨，金淼，杨志南，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：