專利名稱：高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鐵路組合轍叉中高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法，尤其涉及將高錳鋼鑄造鋼錠加熱保溫后，采用鍛造(軋制)的方法進(jìn)行鍛造成型，而后進(jìn)行水韌處理以及機(jī)械加工成高錳鋼轍叉心軌的過程。
背景技術(shù)：
轍叉是鐵路線上最重要的部件，它承擔(dān)著轉(zhuǎn)向分流的任務(wù)。它所承受的載荷為列車車輪的高速沖擊和磨擦。在這種苛刻的服役條件下，高錳鋼仍具有韌性好，承載硬化高，耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，所以近百年以來高錳鋼一直都被廣泛應(yīng)用于鐵路轍叉的制造中。
廣泛使用的普通高錳鋼(ZGMn13)轍叉的化學(xué)成分為C0.9％-1.4％，Mn11％-14％，其余為鐵和少量雜質(zhì)元素，如，Si、S、P等。原先的轍叉一般為整鑄高錳鋼轍叉，由于在鑄造過程中存在著各式各樣的鑄造缺陷，如疏松、縮孔、微裂紋、晶粒和夾雜物粗大及成分組織偏析等，而使轍叉在使用過程很容易產(chǎn)生縱向水平裂紋、垂直裂紋、壓塌、剝離掉塊等，從而導(dǎo)致高錳鋼轍叉失效，降低使用壽命。目前，我國生產(chǎn)的整鑄高錳鋼轍叉的平均使用壽命(過載量)僅為1.2億噸。
為了進(jìn)一步提高高錳鋼轍叉的使用壽命，人們已經(jīng)從下列兩個方面開展了廣泛深入的研究，獲得了許多研究成果，從而使轍叉使用壽命有了較大幅度的提高第一，從材質(zhì)上來進(jìn)行改善，即在原來高錳鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上通過合金化的手段來提高轍叉的使用壽命。國家專利《鐵路轍叉專用含氮奧氏體錳鉻鋼》(公開號CN1451777)報(bào)道了在普通高錳鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上添加一定量的氮、鉻、釩和稀土元素，而使高錳鋼轍叉的使用壽命提高50％-80％，過載量可達(dá)2億噸以上。
第二，從設(shè)計(jì)上對轍叉的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用了新的結(jié)構(gòu)——組合轍叉。使轍叉中僅心軌或叉心部分采用鑄造高錳鋼或者合金鋼。通過焊接和/或螺栓連接的方法將它們與翼軌或翼軌和連心軌連接起來，組合成組合轍叉。
對于鑄造高錳鋼心軌，由于其尺寸的減小將使其內(nèi)部的鑄造缺陷減少而最終使組合轍叉的使用壽命得到提高。其使用過載量可達(dá)1.8億噸。但這樣的措施不能完全消除鑄造缺陷的存在，因而它們提高轍叉使用壽命的程度是有限的。隨著重載、高速列車的發(fā)展，鑄造高錳鋼內(nèi)部存在的不足進(jìn)一步凸顯出來，最大程度地消除鑄造高錳鋼的鑄造缺陷，無疑會使此類高錳鋼心軌組合轍叉的使用壽命得到更大的提高。
對于用作組合轍叉中心軌或叉心的合金鋼，由于其強(qiáng)度較高，而使組合轍叉的使用壽命有了進(jìn)一步的提高。其中，最有代表性的合金鋼是貝氏體鋼。國家專利《高速準(zhǔn)高速鐵路轍叉高性能耐磨鋼》(公開號CN1208776)和專利《鐵道轍叉專用超強(qiáng)高韌可焊接空冷鴻康貝氏體鋼》(公開號CN1256323)報(bào)道了采用貝氏體鋼來代替鑄造高錳鋼用作組合轍叉中的心軌，以及專利《鐵路鍛焊轍叉》(公開號CN2302284)和專利《合金鋼復(fù)合轍叉》(公開號CN2570315)進(jìn)一步報(bào)道了在組合轍叉的結(jié)構(gòu)中，心軌分別采用了中錳或錳鉻鋼和合金鋼，而使組合轍叉的使用壽命提高，其使用壽命是整鑄高錳鋼轍叉的2倍以上。
對于合金鋼心軌之所以能提高組合轍叉使用壽命的原因，他們普遍都認(rèn)為是由于合金鋼心軌的組織結(jié)構(gòu)為強(qiáng)韌性較高的貝氏體組織或貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，因而使用壽命得到了提高。但我們知道，材料的強(qiáng)度越高，一般地其塑性和韌性將越低。而對于在轍叉所承受的載荷為列車車輪的高速沖擊和磨擦等這種苛刻的工況下，為了提高組合轍叉的使用壽命，我們應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是在保證材料具有較高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，盡可能地提高材料的塑性和韌性。合金鋼組合轍叉使用壽命高的原因到底何在，姑且不論，由于高錳鋼本身有韌性好，承載硬化高，耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，因而可以認(rèn)為在消除了諸如疏松、晶粒和夾雜物粗大及成分組織偏析等鑄造缺陷之后，高錳鋼轍叉的使用性能將肯定會得到大幅度的提高。因此，為了消除高錳鋼的鑄造缺陷，以便可以充分地發(fā)揮高錳鋼的性能優(yōu)勢，開發(fā)出新的生產(chǎn)方法是完全必要的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有組合轍叉中心軌的選材和生產(chǎn)方法的弊端，從生產(chǎn)方法和工藝上對它進(jìn)行改進(jìn)，提出一種將高錳鋼鑄錠進(jìn)行加熱、鍛造(軋制)，經(jīng)一定變形量的鍛造成型和熱處理后，再經(jīng)少量的機(jī)械加工，加工成高錳鋼轍叉心軌的工藝方法。由于這種方法使所獲得的高錳鋼轍叉心軌的鑄造缺陷大為減少，因而高錳鋼的性能以及組合轍叉的使用壽命將得到大幅度的提高。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高錳鋼轍叉心軌的鑄造(軋制)生產(chǎn)方法，其特征在于包括步驟A制得普通高錳鋼或經(jīng)過合金化的高錳鋼鑄錠、步驟B將鑄錠加熱后，采用自由鍛、模鍛和/或軋制的方法進(jìn)行鍛造成型、步驟C將鍛造成型后的毛坯直接進(jìn)行水韌處理或在鍛后重新加熱進(jìn)行水韌處理和步驟D最后機(jī)械加工成高錳鋼轍叉心軌。
所述的步驟B的始鍛(軋)溫度≤1350℃，終鍛(軋)溫度≥900℃；鍛造比在1.5～10.0范圍內(nèi)的任意值。
所述的步驟C將鍛造毛坯在終鍛(軋)完畢后直接進(jìn)行水韌處理或在鍛造后重新加熱到900℃～1250℃范圍內(nèi)進(jìn)行水韌處理。
所述的普通高錳鋼或經(jīng)過合金化的高錳鋼可以是國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5680-1998)中所規(guī)定的高錳鋼和在此基礎(chǔ)上用鉻、鉬、鎳、鈦、釩、硼、鋁、氮、鈮和稀土元素中一種和/或其復(fù)合合金化的高錳鋼。
所述的高錳鋼轍叉心軌可以是組合轍叉中的心軌或心軌中的叉心。
所述的鑄造鋼錠可以是常規(guī)鑄造生產(chǎn)方法或特殊鑄造生產(chǎn)方法生產(chǎn)出的鑄錠。
本發(fā)明與現(xiàn)有的鑄造高錳鋼轍叉心軌相比，具有機(jī)械性能和使用壽命高的優(yōu)點(diǎn)；而與合金鋼心軌相比，不但在機(jī)械性能，特別是使用壽命上不低于或者甚至超過合金鋼心軌，而且還具有成本低廉、生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如下實(shí)施例1首先澆注出重量約為450公斤普通化學(xué)成分的高錳鋼鑄錠。將高錳鋼鑄錠緩慢加熱后進(jìn)行自由鍛造加工成12號組合轍叉心軌的鍛造毛坯，其始鍛溫度為1200℃，鍛造比為3.5，終鍛溫度不低于950℃。鍛造完畢后直接進(jìn)行水韌處理。最后機(jī)械加工成高錳鋼轍叉心軌。
實(shí)施例2首先澆注出高錳鋼心軌鑄造毛坯。其化學(xué)成分為在普通高錳鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，按重量百分比添加了2％的鉻和0.2％的稀土合金。將鑄坯緩慢加熱后進(jìn)行模內(nèi)鍛造，加工成12號組合轍叉心軌的鍛造毛坯，其始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度不低于950℃。鍛造完畢后直接進(jìn)行水韌處理。最后機(jī)械加工成12號提速組合轍叉心軌。
實(shí)施例3首先澆注出重量約為3000公斤普通化學(xué)成分高錳鋼鑄錠。將鑄坯緩慢加熱后進(jìn)行軋制成橫截面尺寸約為180mm×160mm的軋坯，其始軋溫度為1250℃，軋制鍛造比約為8，終軋溫度不低于900℃。軋制完畢后緩慢冷卻到室溫。將軋坯按長度約1040mm切割成段后，再重新加熱到1020℃保溫1.5小時(shí)后進(jìn)行水韌處理。最后機(jī)械加工成12號組合轍叉叉心。
利用本發(fā)明技術(shù)獲得的高錳鋼轍叉心軌由于像疏松、晶粒和夾雜物粗大及成分組織偏析等這樣的鑄造缺陷得到了消除或減少，因而其性能都將得到提高。特別是抗彎強(qiáng)度、-40℃下的低溫沖擊韌性提高的幅度最為明顯。與鑄造高錳鋼相比，其抗彎強(qiáng)度和低溫沖擊韌性可以分別提高55％-65％和100％-200％。由于鍛造高錳鋼轍叉心軌可以使高錳鋼的性能優(yōu)勢得到充分地發(fā)揮，因而其使用壽命可以得到較大的提高。采用本發(fā)明實(shí)施例一技術(shù)手段生產(chǎn)的組合轍叉在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其使用壽命達(dá)到了2.9億噸通過量。
權(quán)利要求
1.一種高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法，其特征在于包括步驟A制得普通高錳鋼或經(jīng)過合金化的高錳鋼鑄錠、步驟B將鑄錠加熱后，采用自由鍛、模鍛和/或軋制的方法進(jìn)行鍛造成型、步驟C將鍛造成型后的毛坯在鍛造完畢時(shí)直接進(jìn)行水韌處理或在鍛后重新加熱進(jìn)行水韌處理和步驟D最后機(jī)械加工成高錳鋼轍叉心軌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟B的始鍛(軋)溫度≤1350℃，終鍛(軋)溫度≥900℃；鍛造比在1.5～10.0范圍內(nèi)的任意值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟C將鍛造毛坯在終鍛(軋)完畢后直接進(jìn)行水韌處理或在鍛造后重新加熱到900℃～1250℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行水韌處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法，其特征在于所述的普通高錳鋼或經(jīng)過合金化的高錳鋼可以是國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5680-1998)中所規(guī)定的高錳鋼和在此基礎(chǔ)上用鉻、鉬、鎳、鈦、釩、硼、鋁、氮、鈮和稀土元素中一種或其復(fù)合合金化的高錳鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法；其特征在于所述的高錳鋼轍叉心軌可以是組合轍叉中的心軌或心軌中的叉心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法；其特征在于所述的鑄造鋼錠可以是常規(guī)鑄造生產(chǎn)方法或特殊鑄造生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的鑄錠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鐵路組合轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法，其特征在于該生產(chǎn)方法包括制得普通高錳鋼或經(jīng)過合金化的高錳鋼鑄錠，將鑄錠鍛造(軋制)成型后的毛坯直接進(jìn)行水韌處理或在緩慢冷卻后再重新加熱進(jìn)行水韌處理，和最后機(jī)械加工成高錳鋼轍叉心軌的步驟。其中所述鍛造(軋制)的始鍛溫度為≤1350℃，終鍛(軋制)溫度≥900℃，鍛造成型時(shí)的鍛造比在1.5～10.0的范圍內(nèi)。本法采用鍛造(軋制)加工取代鑄造加工，消除了鑄件的內(nèi)部缺陷，顯著改善了轍叉心軌的綜合機(jī)械性能，大大提高了轍叉的承載能力。
文檔編號B23P23/00GK1745963SQ20051011395
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者丁志敏, 劉國偉, 王建新, 胡英華, 閻穎, 石子源, 張文寧, 劉恒亮 申請人:大連交通大學(xué), 沈陽鐵路局薛家配件廠