[发明专利]一种高性能扣件弹条及其制造方法与应用

说明书

本发明涉及一种高性能轨道扣件弹条及其制造方法与应用，其显微组织结构主要为马氏体与残余奥氏体的混合体或马氏体、贝氏体与残余奥氏体的混合体；其中，残余奥氏体的体积分数介于3％～20％之间。另外，弹条的微观组织结构中还可以包含体积分数不超过1％的析出碳化物。所述新型高性能扣件弹条的制造方法包括：弹条原材料线材的热成型、弹条的淬火与回火处理、弹条的后处理。新型高性能扣件弹条的硬度≥44HRC、断面收缩率≥25％、室温冲击吸收能量KV₂≥10J，弹条的总脱碳层深度≤0.2mm，并且弹条具有优异的抗高周疲劳特性。所述扣件弹条应用于轨道交通领域，是轨道扣件系统的重要组成部分。

技术领域

本发明属于轨道交通的轨道扣件系统技术领域，尤其是涉及一种高性能扣件弹条及其制造方法与应用。

背景技术

轨道扣件系统是钢轨和轨下结构之间的联系纽带，其主要作用是固定钢轨位置、阻止钢轨发生纵/横向位移、防止钢轨倾斜侧翻、减振降噪，对保证整个轨道系统的稳定性和可靠性至关重要。作为轨道扣件系统的主要组成部件，弹条式扣压件(即弹条)具有线形变化大、弹性性能好等特点，是将钢轨稳固于轨枕上、确保钢轨间距恒定并保持铁路车辆顺畅运转线形的关键部件，其质量和性能直接影响整个轨道线路的行车安全。

从应用角度出发，弹条不仅需要具有一定的刚度和弹性，还需要足够的强度、良好的塑韧性以及优良的高周疲劳性能。目前扣件弹条的原材料主要为Si-Cr系、Cr-Mn系和Si-Mn系热轧弹簧钢(以60Si2Mn钢最为常见)线材，弹条内部的微观组织结构为回火屈氏体或回火索氏体。在实际服役过程中，由于承受冲击、振动、周期性交变载荷等复杂应力状态，弹条会出现应力松弛、永久塑性变形和过早的断裂失效。这其中，疲劳断裂是弹条最主要的失效模式，在复杂应力状态下弹条的疲劳寿命往往较低。因此，迫切需要研制具有高强韧、良好高周疲劳性能的扣件弹条，以保障轨道线路的行车安全。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高性能扣件弹条及其制造方法与应用。

本发明扣件弹条具有高强韧性、高室温冲击韧性、优良高周疲劳性能等特点。所述扣件弹条的高韧性和优良高周疲劳特性主要来源于弹条微观结构中的薄膜状或条带状残余奥氏体。在冲击、振动、周期性交变载荷的作用下，残余奥氏体会发生相变生成马氏体，从而阻碍疲劳裂纹的形成和扩展，提高弹条的高周疲劳寿命。所述扣件弹条的高屈服强度和抗拉强度主要来源于马氏体微观结构或马氏体与分布在马氏体基体中的弥散碳化物。另外，在保证弹条具有良好韧性的条件下，增加弹条的(屈服)强度能显著提高弹条的高周疲劳寿命。所述扣件弹条的硬度≥44HRC、断面收缩率≥25％、室温冲击吸收能量KV2≥10J，并且扣件弹条表现出优良的高周疲劳性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种高性能扣件弹条。

一种高性能扣件弹条，所述扣件弹条的显微组织结构主要为马氏体与残余奥氏体的混合体或马氏体、贝氏体与残余奥氏体的混合体；其中，残余奥氏体的体积分数介于3％～20％之间；所述扣件弹条的显微组织中还可以包含体积分数不超过1％的析出碳化物；所述扣件弹条的硬度≥44HRC、断面收缩率≥25％、室温冲击吸收能量KV₂≥10J，弹条的总脱碳层深度≤0.2mm，并且扣件弹条表现出优良的高周疲劳性能。

所述高性能扣件弹条，其微观结构中所包含的残余奥氏体的几何形状主要为薄膜状或条带状，其厚度不超过500nm。

所述高性能扣件弹条，其微观结构中析出碳化物主要位于马氏体基体中，所述析出碳化物主要包括碳化钛(TiC)、碳化铌(NbC)、碳化钒(VC)或碳化钼(Mo₂C)中的一种或一种以上。