[发明专利]一种高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料及其制备方法，属于道岔钢轨件技术领域，该过渡材料是一种单相奥氏体不锈钢，按照质量百分比计，包括以下原料：C0.09～0.13％，Si≤0.20％，Mn4.0～5.0％，Ni10.5～11.0％，Cr17.0～17.2％，Mo1.8～2.0％，N0.01～0.03％，P≤0.015％，S≤0.010％，H≤0.0004％，O≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质，本发明采用感应加热、低温、快速率、一次挤压成形，生产效率高，整体变形比大，中间焊接材料的组织更细小稳定，力学性能更加优异，实现了中间焊接材料的一次快速近终成形制造。

技术领域

本发明涉及道岔钢轨件技术领域，特别是涉及一种高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料及其制备方法。

背景技术

高锰钢辙叉与高碳钢轨的焊接曾是限制铁路发展的瓶颈，中间焊接材料是高锰钢辙叉与高钢钢轨焊接的关键之一。多年来，为了进一步提高焊接质量、降低焊接成本，国内外对中间焊接材料的化学成分和制造工艺改进进行了多次尝试。专利号ZL91104903.7，名称为“高锰铸钢道岔部件或锰钢轨与碳素钢轨的连接方法”的中国专利提出，适用于高锰铸钢道岔部件或锰钢轨与碳素钢轨的连接材料为一种经过铌或/和钛稳定处理的低碳铬镍奥氏体钢，其中铌含量至少是含碳量的10倍，而钛含量至少是碳含量的5倍。专利号为ZL00121442.X，名称为“高锰钢辙叉与碳钢钢轨加介质闪光焊接方法”的中国专利，提出了利用CrMn NiMo系奥氏体-铁素体双相钢作为介质材料，通过闪光焊接将高锰钢辙叉和碳钢钢轨连接在一起，其中铁素体的含量为10％左右。虽然这两个专利中提及了中间焊接材料的成分体系及组织特征，但均没有提及如何将中间焊接材料加工成钢轨轮廓以适配辙叉和钢轨的外形。专利号为ZL200810054919.3，名称为“高锰钢辙叉与碳钢钢轨闪光焊接的连接材料及制造方法”的中国专利，提出了连接材料为CrNiW系奥氏体-铁素体双相不锈钢，制造方法为中频感应炉熔炼-电渣重熔-开辟为“T型钢坯-机械加工为短钢轨。然而，利用这种方法制造的焊接材料短钢轨需要非常大的机械加工余量，造成成本大幅上升。并且，对于双相不锈钢而言，其利用化学成分和热处理工艺控制各相含量及形态对大规模工业化生产而言难度较大；而在焊后如果保留了较高的残余应力，则极易在两相界面处形成裂纹，引起焊接缺陷。

由此可见，当前的中间焊接材料制备方法成本高、组织稳定性差，严苛服役环境(如高原、高寒等)下焊接高锰钢辙叉易在焊接接头形成缺陷，亟需开发一种成材率高、低成本、组织稳定的中间焊接材料制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提供一种成材率高、低成本、组织稳定的中间焊接材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料，是一种单相奥氏体不锈钢，按照质量百分比计，包括以下原料：C0.09～0.13％，Si≤0.20％，Mn4.0～5.0％，Ni10.5～11.0％，Cr17.0～17.2％，Mo1.8～2.0％，N0.01～0.03％，P≤0.015％，S≤0.010％，H≤0.0004％，O≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料是晶粒级别＞5.5的均匀奥氏体组织。

一种所述高锰钢辙叉与高碳钢轨焊接的中间过渡材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)获得化学成分合格的钢液，浇铸为电极锭，对所述电极锭进行重熔处理，出锭水冷得到钢锭；

(2)对所述钢锭进行均匀化处理，预锻，经墩粗和拔长工艺后得到锻坯，待所述锻坯冷却后，将所述锻坯表面车光、截断，得到挤压锭，挤压锭头部呈锥形(保证后续挤压过程顺利一次成形)；

(3)对所述挤压锭进行加热，优选利用感应加热炉对挤压锭进行加热；