[发明专利]高性能粒状贝氏体心轨钢及生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金制造技术领域。

背景技术

世界经济的发展，尤其是国内经济的快速发展，人口流动量和货物周转量急剧攀升，这就对承担着60%以上运输任务的铁路列车提出了更高的要求。我国为了适应国内经济快速发展的需要，在最近几年内先后进行了六次大提速，近期国家又确立了大力发展高速铁路的中长期战略目标和规划，然而，随着列车运行速度的提高，必将带来更大的惯性，产生更大的冲击和颠簸，为了保证高速列车的安全性和可靠性，这就对辙叉心轨提出了更高的要求。

国内现行辙叉为整铸型辙叉，即采用整体铸造的形式将心轨、翼轨、叉跟轨及其他部件铸造在一起，称为高锰钢辙叉，这种结构形式的高锰钢弊端是：

①化学成分匹配不合理、合金化效果差，如常用的ZGMn13的化学成分范围是：C 1.00-1.45 ；Mn11.0-14.00 ；Si 0.30-1.00 其余为少量元素如Cr、 Mo、S、P等，这种成分配方所组成的材料，C含量较高，冲击性能差、强度低、抗疲劳性能差，不适应于该产品的工作环境。

 ②由于整铸型高锰钢辙叉结构形式复杂，其工艺决定了在浇注时钢液的流动性差异很大，结晶时差较大，必然造成其组织致密度很差，晶粒粗大无法消除，疏松、气孔、夹杂等铸造缺陷在所难免，这就必将造成其性能指标如强度、塑性、韧性、冲击、耐磨、疲劳等较低，导致使用寿命低。目前，平均使用寿命在1亿吨左右，这样的使用寿命给繁忙的铁路运输带来了一系列问题。

a、在正线铁路轨道，一般1年需更换2次，这样的频繁更换影响正常的铁路运输秩序，是造成列车晚点、列车暂停、也是运输拥挤的重要原因之一。

b、由于使用寿命低造成铁路建设和维护的成本加大，严重影响着铁路运输的经济效益和社会效益。

③由于整铸型高锰钢辙叉未经过电渣重熔（精炼）和锻造，性能离散度较大，且高锰钢辙叉制造过程中的不确定因素较多，造成其性能离散度较大，这种性能离散度常因局部缺陷造成非正常损坏，给铁路运输的可靠性和安全性产生极为不利的影响，甚至会造成事故隐患。

④整铸型高锰钢辙叉产品档次低，不适应我国铁路运输安全、高速、重载的需要：从我国铁路运输开始至今，高锰钢辙叉只是在成分、结构形式发生过变化，而铸态组织一直未变，这样的组织形态造成其产品档次仍然停留在原始状态，无法适应目前我国铁路运输安全、高速、重载的需要。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高性能粒状贝氏体心轨钢及生产工艺，本发明增加了电渣重熔（精炼）工艺、采用了先进的扩氢工艺和正回火工艺，得到了具有良好性能的粒状贝氏体组织，以解决现有整体铸造技术化学成分配比不合理、合金化效果差、组织致密度差、晶粒粗大、疏松、气孔、夹杂；性能离散度大、产品档次低、使用寿命低、不适应目前我国铁路运输安全、高速、重载的需要等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是对产品成份配方进行了优化和创新，降低了C、Mn含量，合理增加了Ni、Mo、V、Cr等元素的含量，并对S、P、Cu等有害元素做了严格限制，还增加了扩氢工序，使氢含量控制在1ppm之内，所采用原材料配方配比（质量分数w%）为：C：0.19％-0.28％；Si：1.20％-1.70％；Mn：1.60％-2.20％；Ni：0.40％-0.80％；Mo：0.45％-0.80％；P≤0.018％；S≤0.01％；Cu≤0.20％；Cr：1.20％-1.80％，V：0.04％-0.18％；工业纯铁92.362％-95.02％。

其制造工艺流程为：选定适宜的原辅材料及配比方案→对原辅材料进行检验→对原辅材料采取技术处理→中频冶炼，制取电极锭→对电极锭进行抛光处理→电渣重熔（精炼），制取电渣锭→对电渣锭进行缓冷保温→对电渣锭进行退火处理→对电渣锭进行探伤检验→切掉电渣锭两端→锻造成型→锻件保温缓冷→对锻件进行扩氢处理→对锻件进行正火、回火处理→对热处理后的锻件进行探伤检验→粗加工→成品检验。其重点制造工艺如下：

 (1)中频冶炼，制取电极锭：

 a、炉衬及其烘干：采用碱性炉衬，烘干温度为500±30℃，烘干时间≥6h。

b、脱氧：采用铝锭脱氧，按每吨钢水3-5Kg投放，投放时机应在出炉前5分钟内。

c、除渣：采用CQ-1聚渣剂，按每吨钢水2-2.5㎏投放，投放时机应在出炉前5分钟内，并且在出钢前要将漂浮在钢液上面的杂质全部清除。

d、钢模准备：在合模前应将模内均匀粉刷脱模涂料，并用酒精烘干，浇口及出气孔要位置准确，保持通畅，不得有任何杂物。