[发明专利]一种高铁用含稀土焊接过渡钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高铁用含稀土焊接过渡钢及其制备方法，包括焊接过渡钢化学成份，含量及制造工艺。其化学成份范围为：C：0.05‑0.2%、Si：≤0.5%、Cr：15‑18%、Mn：2.0‑6.0%、Ni：6‑13%、Mo：0.7‑1.2%、S+P：≤0.025%、稀土硅铁：0.5‑1.5%及余量为Fe。其制造工艺流程包括：选定化学成份范围‑制定配料方案‑工频或者中频真空感应熔炼‑真空半连续铸造‑退火‑锻造‑热处理‑机械加工‑检验。本发明提供一种可以适应多种焊接手段、适用于高锰钢与高碳钢连接的焊接介质，以适应高铁复杂运行环境，并且要求具有较高运行可靠性的使用需求。

技术领域

本发明涉及冶金制造技术领域，具体涉及一种高铁用含稀土焊接过渡钢及其制备方法。

背景技术

近年我国高速铁路的快速发展以及高铁国际市场的逐步开拓，使得我国高铁焊接材料使用量激增。但由于钢轨、高锰道岔等材料焊接性能较差，在高铁上使用量大而且混合使用，使得其混合焊接技术及工艺成为世界性难题。高锰钢和高碳钢在化学成份、物理性能、力学性能的差异较大。高锰钢焊接时，热应力区容易析出碳化物，并且晶界上的富集的硫、磷也都会造成热裂现象；而高碳钢在焊接中由于淬硬现象，焊接应力大，也会导致冷裂纹的产生。因此这两种材料所需的焊接工艺也有所区别。一般而言，对高锰钢的焊接都采用水中焊接，焊后激冷的冷焊方式，而高碳钢在焊接时一般需预热到400℃以上，采用热焊方式进行焊接。除了焊接工艺 以外，这两种材料的热膨胀系数也具有较大差别，因此直接焊接也会造成大的应力变形，降低焊接接头质量。

为解决上述问题，目前对高锰钢和高碳钢的混合焊接一般都会采用具有特定成份的焊接介质。早期如奥地利(CN1058556A，AT-PS350881)采用含Nb或Ti的CrNi钢，如X10CrNiTi189，X10CrNiNb189，X10CNiTi1810或X5CrNiNb1810。德国专利(DE-PS2962070)中提出采用含Ni合金，如普通CrNi钢或含锰CrNi钢作为连接材料。考虑到双相不锈钢在受热过程中不易发生晶粒长大和碳化物析出现象，同时其熔点、膨胀系数和导热系数与对焊接要求较高的高锰钢相近，燕山大学(CN1275463A)提出用CrMnNiMo系奥氏体-铁素体双相钢作为连接介质。为克服上述焊接介质制造难题，降低生产成本，中铁宝桥(CN101474713A)提出采用国标牌号的不锈钢(0Cr18Ni12Mo2Ti)作为焊接介质，成本低，实用性强。山东远大模具材料有限公司(以下简称为山东远大)在此基础上增加了Ni含量，降低Mo含量，并在材料中增加了Ti，约束P≤0.02；S≤0.01(CN101748344A)。后者在制造过程中需经过中频冶炼、电渣重熔、退火、下料、锻造、扩氢处理、固溶处理、机械加工等诸多道次最后成为合格的焊接介质，山东远大定义为焊接钢。上述材料的焊接工艺均采用闪光焊方法进行焊接，在焊接过程中回避了温度对焊接接头质量的影响，具有较高的焊接质量，高效、快捷，但成本高，焊接设备便携性差，难以满足野外施工的需要。

为适应我国国情，唐山铁路道岔厂和哈尔滨工业大学(CN1442265A)联合提出一种高碳钢钢轨与高锰钢撤叉焊接工艺方法。他们针对钢轨和撤叉的不同材料，分别在钢轨侧采用Cr-Ni-Mo焊材、在撤叉侧采用Mn-Cr-Ni焊材，在两侧分别用手工电阻焊堆焊，然后对堆焊焊接介质进行焊接，以满足连接钢轨和撤叉的连接需求。

但上述焊接介质对焊接母材本身的焊接裂纹现象尚缺乏有效的抑制手段，并且焊材本身的制备手段或者难以满足高铁日益提高的接头质量要求，或者制造过程过于复杂，成本过高。焊接材料与焊接手段联系紧密，灵活性差。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可以适应多种焊接手段、适用于高锰钢与高碳钢连接的焊接介质，以适应高铁复杂运行环境，并且要求具有较高运行可靠性的使用需求。