[发明专利]高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法

说明书

技术领域 本发明涉及一种钢铁材料及其制造方法，特别是高速铁路辙叉专用的贝氏体钢及其制造方法。

背景技术 为了制造出使用性能优异的铁路辙叉，20世纪80年代首先在英国兴起了无碳化物贝氏体钢组合辙叉。后来美国也研制出MnSiCrNiMoB系辙叉用贝氏体钢。贝氏体钢因其具有高的强度、适当的韧度和硬度使其表现出优良的抗接触疲劳和耐磨性能，尤其是它具有优异的焊接工艺性能，使它成为制作新型铁路辙叉的理想材料之一。

关于辙叉用贝氏体钢的研究，大多数国家主要是为提高辙叉使用寿命并满足重载的要求，因此，研究的目标是得到强韧性及耐磨性高于高锰钢整铸辙叉的贝氏体钢。要求贝氏体辙叉钢有高的抗冲击变形能力及良好的耐磨性能。各国的研究人员主要通过两种方式来实现这一目标：一是合金化，以Mo-B为基本成分，添加Cr，Ni等合金元素，以提高材料的强韧性，并希望在空冷条件下得到以贝氏体为主的组织；二是经热处理后得到高性能的贝氏体组织。而日本和法国主要从提高抗接触疲劳性能出发来研究和使用贝氏体钢辙叉，并力图通过热处理得到贝氏体组织，并获得最佳的性能和成本结合点。显然，他们的思路更理性一些。

研究发现，普通贝氏体钢的碳含量在0.2％~0.4％之间比较适用于制造铁路辙叉。表1列出了几个国家的商业贝氏体钢辙叉的化学成分。可以看出，国外在贝氏体钢辙叉的成分设计上选用了Mo系或Mo-B系合金，以Mo或Mo-B为添加其他合金元素，这种成分设计的优点是便于在空冷条件下得到贝氏体组织，工艺简单。因为，当钢中含有足够量的Mo元素时，可明显推迟珠光体转变及铁素体转变。添加B元素后，作用更为明显，使得贝氏体转变“C”曲线向左凸出，从而在较宽的冷速范围内可得到贝氏体组织。这种通过合金化，并且在空冷条件下获得贝氏体组织的思路成为目前贝氏体钢辙叉研究的主流。从试验结果看，各国所研究的试验用钢经空冷后均获得了较满意的组织及性能。国外试验钢空冷所获得的贝氏体组织，大都为混合组织或无碳化物贝氏体组织。表2列出了各国商业贝氏体钢辙叉钢的力学性能，可以看出各国采用的贝氏体钢辙叉都具有较高的强度、韧度和硬度。

表1国内外主要商业贝氏体钢辙叉化学成分(wt％)

表2几个国家商业贝氏体钢辙叉的力学性能

近年来，辙叉用贝氏体钢吸引着大量的材料科学研究工作者不断进行研究和探索，产生了许多新的研究成果，所涉及到的合金化元素包括：Mn、Cr、Mo、Ni、Si、Al、W、Ti和B。它们会使铁路辙叉某一方面的性能有所提高，但都不能很好的适应目前高速、重载铁路恶劣的服役条件。

发明内容 本发明的目的在于提供一种在高速和重载运行条件下使用寿命长的高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法。本发明主要是采用铝对中碳低合金钢进行再合金化处理，通过等温淬火工艺获得纳米贝氏体组织的辙叉专用钢。

本发明的铁路辙叉专用高铝纳米贝氏体钢，其化学成分(wt％)是：C 0.42～0.55、Mn 0.5～0.9、Al 1.0～1.5、Cr 0.2～0.5、Mo 0.6～1.0、W 0.1～0.4、Si 0.5～0.8、S＜0.02，P＜0.02、其余为Fe。

上述铁路辙叉专用高铝纳米贝氏体钢的制造方法：

1、加料：向电炉内加入工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁、工业纯铝等合金及金属原料，最好由先到后的加入顺序为：工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁、工业纯铝；

2、电炉冶炼：加热原料使其全部熔化，控制炉内物料的温度在1650～1700℃，维持10～20min出钢，该出钢温度1620～1660℃；

3、浇注：将上述钢水在温度1530～1580℃浇注成钢锭，并且钢锭要在锭模中缓慢冷却到室温方可出模；

4、锻造：钢锭的加热速度≤120℃/h，加热温度1250～1300℃，始锻温度1220～1250℃，终锻温度≥850℃；

5、去氢退火处理：锻造后在锻件还没有冷却到300℃以前，直接将锻件加热到640～670℃保温4～6h，然后加热到900～950℃保温2～3h，之后空冷；

6、最终热处理：先将锻件加热到900℃～950℃进行奥氏体化处理，然后将经过奥氏体化的钢浸入到200～300℃的盐浴中保温2～5h进行等温淬火处理，然后空冷到室温；再将其加热到330～380℃保温1～3h进行回火处理。

本发明与现有技术相比具有如下优点：