專利名稱：全貝氏體鋼轍叉及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵道轍叉及其制造方法。
背景技術(shù)：
轍叉是鐵道的重要組成部件，也是損傷最嚴(yán)重的部位。目前我國(guó)鐵路上使用的固定型轍叉有兩種一種是貝氏體鋼心軌和高碳鋼翼軌組合轍叉，它是通過螺栓緊固而成，通常稱之為拼裝式貝氏體鋼轍叉；另一種是鑄造高錳鋼轍叉，它是通過鑄造整體成形，通常稱之為高錳鋼整鑄轍叉。高錳鋼轍叉具有韌性好，承載硬化，耐磨等優(yōu)點(diǎn)，但鑄造高錳鋼轍叉又存在難以避免的鑄造缺陷，如疏松、縮孔及晶粒過于粗大等，在運(yùn)營(yíng)過程中易引起縱向水平裂紋，垂直裂紋、壓塌、剝離掉塊等早期失效而影響使用壽命，難以適應(yīng)重載的運(yùn)輸要求。 目前的所謂貝氏體鋼轍叉，其翼軌幾乎都是采用普通高碳鋼軌鋼制造，然而，鋼軌鋼的疲勞性能和韌性較差，因此，往往因翼軌早期破壞而使整個(gè)貝氏體鋼轍叉被迫下線，使用效果不理想。貝氏體鋼因其具有高強(qiáng)度、高韌度和適當(dāng)?shù)挠捕缺憩F(xiàn)出優(yōu)良的抗接觸疲勞和耐磨性能，尤其是它具有較好的焊接工藝性能，使它成為制作新型重載高速鐵路用轍叉的理想材料之一。因此，它在制作鐵路轍叉方面得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且有逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)高錳鋼轍叉的勢(shì)頭。隨之也有許多貝氏體鋼轍叉的專利相繼問世，中國(guó)專利CN02157927. X公布了一種貝氏體鋼電渣熔鑄復(fù)合轍叉心軌，其制作的工藝流程為備料一電渣熔鑄復(fù)合一機(jī)加工一熱處理一探傷一成品；其結(jié)構(gòu)為由無(wú)碳化物貝氏體鋼轍叉心軌和普通鋼軌即叉根軌復(fù)合組成的；心軌主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nb，其余為Fe。中國(guó)專利98124899. 3公布一種鐵道轍叉專用材料，發(fā)明者把它命名為鐵道轍叉專用超高韌可焊接空冷鴻康貝氏體鋼，此發(fā)明以Mn、Si為主要合金元素，輔以Cr、Ni、Mo等元素，經(jīng)奧氏體化后空冷即可到貝氏體/馬氏體復(fù)相組織；其基礎(chǔ)化學(xué)成分為(Wt%) :C O. 10 O. 65、Si(2. 65、Mn O. 50 3. 20、Cr O. 20 2. 80、Ni ( 3. 50、Mo ( 2. 00、余下是 Fe。我國(guó)的另一項(xiàng)研究成果報(bào)道了 “新一代高性能新型合金鋼新材料”，它是以Si和Mn為主要合金元素，Cr、Mo、Ni為輔，輔以Re、V、Ti變質(zhì)的鐵路道岔心軌，具體化學(xué)成分為0. 25 O. 4% C、I. O 2. 5% Si、I. O 2. 5% Mn、I. O 2. 0% Cr、?！?3 O. 8% Μο、0· 3 I. 0% Ni,以及微量的Re、B、V、Ti。這種鋼用鍛造方法成形，正火或退火態(tài)獲得貝氏體組織。使用狀態(tài)下鋼的機(jī)械性能指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度σ b1240 1360 MPa、屈服強(qiáng)度1100 MPa、延伸率δ 5彡8%、室溫沖擊韌性彡75J/cm2、低溫沖擊韌性彡40J/cm2(-40°C )、硬度HRC37 42。然而，目前還沒有全貝氏體鋼轍叉的報(bào)道。關(guān)于貝氏體鋼與碳鋼鋼軌鋼進(jìn)行連接的方法，已有相關(guān)報(bào)道，例如2004年12月《大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)》報(bào)道了在實(shí)驗(yàn)室條件下貝氏體鋼與高碳鋼軌鋼焊接研究結(jié)果，給出了貝氏體鋼與鋼軌鋼直接進(jìn)行閃光焊接焊接接頭的組織和力學(xué)性能，并且由此得出預(yù)測(cè)性結(jié)論，認(rèn)為貝氏體鋼轍叉與鋼軌直接進(jìn)行閃光焊接是可能的。2005年3月也是《大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)》報(bào)道了在實(shí)驗(yàn)室條件下利用普通電弧焊接方法將貝氏體鋼與高碳鋼軌鋼焊接研究結(jié)果。2006年6月《中國(guó)鐵路》雜志報(bào)道了一項(xiàng)利用閃光焊接直接將貝氏體鋼轍叉與碳鋼鋼軌進(jìn)行焊接，同時(shí)利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接和埋弧堆焊相結(jié)合進(jìn)行焊接的綜合焊接方法。同時(shí)，有關(guān)將貝氏體鋼與碳鋼鋼軌鋼進(jìn)行連接方法方面的專利技術(shù)也相繼公開，例如中國(guó)專利 ZL98232564. 9、ZL99210616. 8、ZL200420005876. 7、ZL200620021783. 2 和ZL200810054746. 5等，國(guó)外專利有JP6228648-A和JP5169295-A等等。這些專利和論文，對(duì)于焊接接頭的焊后熱處理，都只是考慮消除焊接接頭的應(yīng)力而設(shè)計(jì)和進(jìn)行的，沒有任何一個(gè)專利和報(bào)道采用整體熱處理工藝技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種轍叉的心軌和翼軌分別采用不同成分和不同強(qiáng)度水平的貝氏體鋼的全貝氏體鋼轍叉及其制造方法。本發(fā)明貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌分別采用兩種不同的貝氏體鋼，其中，心軌材質(zhì)是一種高純凈度、高品質(zhì)、高強(qiáng)度35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼，并且其中，O < O. 0015，Η〈0· 0001，Ti < O. 01，B < O. 0005，V < O. 03，Nb < O. 01，S〈0. 01，P〈0. 01 ;而翼軌材質(zhì)是一種品質(zhì)和強(qiáng)度相對(duì)較低的23MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼。貝氏體鋼轍叉心軌前后為相連的兩段，前段為35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼心軌，后段為60型U75V鋼軌。上述全貝氏體鋼轍叉的制造方法具體如下
一、心軌的制造方法
I、將 35MnCrSiAlNiMo 貝氏體鋼，O. 34 -O. 36CU. 5 -I. 7Mn、I. 4-1. 6 Cr、I. 2 _1.4Si、O. 5-0. 7Α1、0· 5-0. 8Ni、0. 3-0. 4Mo、其中 0 < 0. 0015，Η〈0· 0001，Ti < 0. 01，B < 0. 0005，V
<0. 03, Nb < 0. 01, S<0. 01，Ρ〈0· 01，其余為Fe，經(jīng)連鑄連軋成斷面為180mmX 90mm的矩形方還，軋制比大于6?！?、貝氏體鋼轍叉心軌前段35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼心軌與后段60型U75V鋼軌直接閃光焊接，閃光速度為2 3mm/s，頂鍛速度為80 100mm/s，頂鍛壓力為30 50MPa ；焊接時(shí)貝氏體鋼轍叉心軌與U75V碳鋼鋼軌兩種材料的伸出長(zhǎng)度相等。3、貝氏體鋼轍叉心軌與U75V鋼軌閃光焊接后，進(jìn)行整體熱處理，其熱處理工藝是首先將焊接心軌整體加熱到900°C 950°C保溫10(Tl80min進(jìn)行奧氏體化，然后先后淬入550°C和30(T360°C的鹽浴中進(jìn)行分級(jí)等溫淬火；其中，在550°C鹽浴中保溫15min，300^360°C的鹽浴中保溫60min，然后空冷到室溫；再加熱到320°C保溫60min進(jìn)行回火處理。二、翼軌的制造方法
將 23MnCrSiAlNiMo 貝氏體鋼，其化學(xué)成分(wt % )為0. 21-0. 25 CU. 5-1. 6 Mn、
O.5-0. 7 A1.0. 6-0.8 NiU. 5-1. 7 CrU. 2-1. 5 Si，其余為Fe和少量雜質(zhì)；經(jīng)軋制成標(biāo)準(zhǔn)60鋼軌，軋制比大于9，軋后空冷到室溫，再加熱到320°C保溫60min后空冷。三、拼裝
將步驟一和步驟二制得貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌，進(jìn)行拼裝，便獲得全貝氏體鋼轍叉。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、綜合考慮使用性能和經(jīng)濟(jì)性，轍叉心軌尖端采用高品質(zhì)、性能優(yōu)良的貝氏體鋼制造，而翼軌采用一般貝氏體鋼制造，從而組合成拼裝式組合固定型轍叉一全貝氏體鋼轍叉，該轍叉的機(jī)械性能指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度1300-1600MPa、屈服強(qiáng)度1000_1300MPa、延伸率δ 5彡15%、室溫沖擊韌性彡100J/cm2、低溫沖擊韌性彡70J/cm2 (_40°C )、硬度HRC42 50，達(dá)到最佳的性價(jià)比。2、貝氏體鋼心軌前后兩段材質(zhì)不同，以便于貝氏體鋼轍叉與線路上鋼軌進(jìn)行同材質(zhì)焊接，同時(shí)可以大幅度節(jié)省高價(jià)貝氏體鋼，大幅度降低轍叉制造成本。3、采用先焊接后整體熱處理工藝技術(shù)，同時(shí)解決貝氏體鋼焊接后造成性能強(qiáng)烈衰減以及焊接接頭殘余應(yīng)力問題。4、翼軌采用碳含量較低的貝氏體鋼制造，這種貝氏體鋼的可焊性較好，易于實(shí)現(xiàn)翼軌與線路上的碳鋼鋼軌之間的焊接，以達(dá)到全線無(wú)縫的要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一個(gè)全貝氏體鋼轍叉，轍叉心軌的化學(xué)成分為(wt%) 0. 34 CU. 58 MnU. 45 CrU. 24
51.0.59ΑΙ,Ο. 72 Ni,O. 38 Mo,O. 0014 0,0. 00009 Η、0· 008 Ti,O. 0004 Β、0·022 V、0. 005Nb、0.005 S和0.008 P，其余為Fe，經(jīng)連鑄連軋成180mmX90mm的矩形斷面方坯，軋制比為
7。將這個(gè)成分的貝氏體鋼心軌與普通U75V鋼60軌進(jìn)行閃光焊接，閃光焊接時(shí)具體工藝參數(shù)為，閃光速度3mm/s，頂鍛速度80mm/s，頂鍛壓力40MPa，焊接時(shí)材料的伸出長(zhǎng)度相等。貝氏體鋼轍叉心軌閃光焊接后整體進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為，首先將焊接貝氏體鋼轍叉心軌整體加熱到910°C保溫160min進(jìn)行奧氏體化處理，然后先后淬入550°C和310°C的鹽浴中進(jìn)行分級(jí)等溫淬火，并在550°C鹽浴中保溫15min，310°C的鹽浴中保溫60min，然后空冷到室溫。再加熱到320°C保溫60min進(jìn)行回火處理。貝氏體鋼轍叉翼軌的化學(xué)成分(wt % )為:0.22 CU. 50 Mn,O. 50 A1.0. 72 NiU. 58 CrU. 35 Si,O. 016 S 和 O. 021 P，其余為 Fe。它是經(jīng)軋制成標(biāo)準(zhǔn)60鋼軌，軋制比為10，軋后空冷到室溫，再加熱到320°C保溫60min后空冷。將以上翼軌和心軌進(jìn)行拼裝，從而獲得一個(gè)綜合性能優(yōu)異的全貝氏體鋼轍叉。實(shí)施例2
另一個(gè)全貝氏體鋼轍叉，轍叉心軌的化學(xué)成分為(wt%) 0. 35CU.61 Μη、1·52 Cr、1.31
51.0.67Al,O. 58 Ni,O. 35 Mo,O. 0015 0,0. 00008 Η、0· 008 Ti,O. 0004 Β、0·002 V、0. 001Nb,O. 009 S和O. 009 P，其余為Fe，經(jīng)連鑄連軋成斷面為180mmX 90mm的方坯，軋制比為8。將這個(gè)成分貝氏體鋼心軌與普通U75V鋼60軌進(jìn)行閃光焊接，閃光焊接時(shí)具體工藝參數(shù)為，閃光速度2. 2mm/s，頂鍛速度95mm/s，頂鍛壓力48MPa，焊接時(shí)材料的伸出長(zhǎng)度相等。貝氏體鋼轍叉心軌閃光焊接后整體進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為，首先將焊接心軌整體加熱到940°C保溫IlOmin進(jìn)行奧氏體化處理，然后先后淬入550°C和330°C的鹽浴中進(jìn)行分級(jí)等溫淬火，并在550°C鹽浴中保溫15min，330°C的鹽浴中保溫60min，然后空冷到室溫。再加熱到320°C保溫60min進(jìn)行回火處理。貝氏體鋼轍叉翼軌的化學(xué)成分(wt% )為0. 25 CU. 57 Mn、 O.62 A1.0. 68 Ni、I. 7 Cr、I. 22 Si,O. 021 S 和 O. 020 P，其余為 Fe。它是經(jīng)軋制成標(biāo)準(zhǔn) 60鋼軌，軋制比為11，軋后空冷到室溫，再加熱到320°C保溫60min后空冷。將以上翼軌和心軌進(jìn)行拼裝，從而獲得一個(gè)綜合性能優(yōu)異的全貝氏體鋼轍叉。
權(quán)利要求
1.一種全貝氏體鋼轍叉，其特征是貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌分別采用兩種不同的貝氏體鋼，心軌的材質(zhì)是 35MnCrSiAlNiMo 貝氏體鋼，其 O < O. 0015，Η〈0· 0001，Ti < O. 01，B<O. 0005，V < O. 03，Nb < O. 01，S〈0. 01，Ρ〈0· 01，翼軌的材質(zhì)是 23MnCrSiAlNiMo 貝氏體鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全貝氏體鋼轍叉，其特征是貝氏體鋼轍叉心軌前后為相連的兩段，前段為35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼心軌，后段為60型U75V鋼軌。
3.權(quán)利要求2所述的全貝氏體鋼轍叉的制造方法，其特征是①將35MnCrSiAlNiMo 貝氏體鋼，其 O < O. 0015，Η〈0· 0001，Ti < O. 01，B < O. 0005，V<O. 03，Nb < O. 01，S〈0. 01，Ρ〈0· 01，經(jīng)連鑄連軋成斷面為180mmX 90mm的矩形方坯，軋制比大于6 ； ②貝氏體鋼轍叉心軌前段35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼心軌與后段60型U75V鋼軌直接閃光焊接，閃光速度為2 3mm/s，頂鍛速度為80 100mm/s，頂鍛壓力為30 50MPa ;焊接時(shí)貝氏體鋼轍叉心軌與U75V碳鋼鋼軌兩種材料的伸出長(zhǎng)度相等； ③貝氏體鋼轍叉心軌與U75V鋼軌閃光焊接后，進(jìn)行整體熱處理，其熱處理工藝是首先將焊接心軌整體加熱到900°C 950°C保溫10(Tl80min進(jìn)行奧氏體化，然后先后淬入550°C和30(T360°C的鹽浴中進(jìn)行分級(jí)等溫淬火；其中，在550°C鹽浴中保溫15min，300^360°C的鹽浴中保溫60min，然后空冷到室溫；再加熱到320°C保溫60min進(jìn)行回火處理； ④將23MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼經(jīng)軋制成標(biāo)準(zhǔn)60鋼軌，軋制比大于9，軋后空冷到室溫，再加熱到320°C保溫60min后空冷； ⑤將步驟③和步驟④制得貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌，進(jìn)行拼裝，便獲得全貝氏體鋼轍叉。
全文摘要
一種全貝氏體鋼轍叉，其主要是貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌分別采用兩種不同的貝氏體鋼，心軌的材質(zhì)是35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼，其O＜0.0015，H<0.0001，Ti＜0.01，B＜0.0005，V＜0.03，Nb＜0.01，S<0.01，P<0.01，翼軌的材質(zhì)是23MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼。貝氏體鋼轍叉心軌前后為相連的兩段，前段為35MnCrSiAlNiMo貝氏體鋼心軌，后段為60型U75V鋼軌，兩者直接閃光焊接，之后進(jìn)行整體熱處理。將制得的貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌進(jìn)行拼裝，便獲得全貝氏體鋼轍叉。本發(fā)明的轍叉機(jī)械性能優(yōu)良，可明顯地提高使用壽命；雖然是全貝氏體鋼轍叉，但成本并不高；而且不存在貝氏體鋼焊接后造成性能強(qiáng)烈衰減以及焊接接頭殘余應(yīng)力問題。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102936700SQ20121042245
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張福成, 呂博, 張明, 楊志南, 鄭春雷, 康杰 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)