高致密度辙叉用钢的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高致密度辙叉用钢的生产方法。

背景技术

辙叉是铁路系统的重要部分，其作用是改变列车的运行轨迹。在服役过程中，辙叉受到列车车轮反复的冲击力和轮轨作用，受力状态极为复杂，服役恶劣。目前，用于生产铁路辙叉的材料主要有高锰钢和贝氏体钢。其中，我国高锰钢辙叉使用占比为50％，但是高锰辙叉存在硬度偏低，服役性能欠佳。近年来，通过采用贝氏体辙叉，其服役性能大幅提高。

目前，辙叉主要采用铸造或是锻造生产。与铸件相比，金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。由此，锻造贝氏体辙叉因组织致密，晶粒细化，性能均匀，成为高品质贝氏体辙叉用钢的首选。

然而，现有贝氏体钢辙叉各项力学性能依然无法兼顾，严重制约贝氏体辙叉的大规模使用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高致密度辙叉用钢的生产方法，以进一步改善贝氏体辙叉的力学性能，确保现有在线热处理贝氏体辙叉强韧性同时，提高辙叉运行安全性，满足重载铁路用辙叉用钢。

依据本发明，提供一种高致密度辙叉用钢的生产方法，包括以下步骤：S1，对冶炼、浇铸后获得的钢坯第一次加热至1150～1200℃；S2，采用自由锻将第一次加热后的钢坯锻造为方钢；S3，对自由锻获得的方钢第二次加热至1050～1100℃；S4，采模锻将第二次加热后的方钢锻造为辙叉用钢；S5，对模锻后获得的辙叉用钢进行冷却；S6，对冷却后的辙叉用钢进行回火。

依据本发明的一个实施例，按质量百分比计，辙叉用钢的成分为：0.16～0.35％的C，0.70～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，0.30～1.70％的Cr，0.10～0.60％的Mo，0.002～0.70％的Ni，0.01～0.15％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

依据本发明的一个实施例，步骤S1中，第一次加热速率为1.5～2℃/min，保温温度为1150～1200℃，保温200～500min。

依据本发明的一个实施例，步骤S2中，自由锻的始锻温度为1150～1180℃，终锻温度≥950℃，锻造比为1.8～3.5。

依据本发明的一个实施例，步骤S3中，第二次加热速率为2.0～2.5℃/min，保温温度为1050～1100℃，保温100～200min。

依据本发明的一个实施例，步骤S4中，模锻的始锻温度为1050～1080℃，终锻温度≥900℃。

依据本发明的一个实施例，步骤S5中，利用锻造余热对模锻后获得的辙叉用钢进行冷却，开冷温度为750～850℃，采用水冷、水雾或是风冷，以2～5℃/s的冷却速度冷却至200～300℃。

依据本发明的一个实施例，步骤S6中，冷却后的辙叉用钢经矫直加工后，采用200～400℃温度回火，回火时间为5～120h。

依据本发明的一个实施例，辙叉用钢的氮含量为40～60ppm。

依据本发明的一个实施例，浇铸全程进行保护浇铸。

在根据本发明的实施例的高致密度辙叉用钢的生产方法中，通过采用两火加热模式，设定合理的加热、锻造及热处理参数，不仅提高了贝氏体辙叉强韧性，同时还提高了贝氏体辙叉密度和组织致密性，辙叉运行安全性提高。采用该方法生产的贝氏体辙叉抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥12％，奥氏体晶粒为10～15μm，致密度达到0.95～0.98，真密度为7.83～7.85g/cm

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明实施例的高致密度辙叉用钢的生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。

图1示出根据本发明实施例的高致密度辙叉用钢的生产方法的流程图，方法总体包括以下步骤：

S1，对冶炼、浇铸后获得的钢坯第一次加热至1150～1200℃；

S2，采用自由锻将第一次加热后的钢坯锻造为方钢；

S3，对自由锻获得的方钢第二次加热至1050～1100℃；

S4，采用模锻将第二次加热后的方钢锻造为辙叉用钢；

S5，对模锻后获得的辙叉用钢进行冷却；

S6，对冷却后的辙叉用钢进行回火。

在根据本发明的实施例的高致密度辙叉用钢的生产方法中，按质量百分比计，辙叉用钢的成分优选为：0.16～0.35％的C，0.70～2.1％的Si，1.50～2.50％的Mn，0.002～0.020％的P，0.002～0.020％的S，0.30～1.70％的Cr，0.10～0.60％的Mo，0.002～0.70％的Ni，0.01～0.15％的V，0.001～0.004％的Al，其余为Fe及不可避免的杂质元素。在一些实施例中，辙叉用钢的氮含量可以为40～60ppm。

在一些实施例中，步骤S1至步骤S2可采用以下参数：第一次加热速率为1.5～2℃/min，保温温度为1150～1200℃，保温200～500min；自由锻的始锻温度为1150～1180℃，终锻温度≥950℃，锻造比为1.8～3.5。通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。步骤S3至步骤S4可采用以下参数：第二次加热速率为2.0～2.5℃/min，保温温度为1050～1100℃，保温100～200min；模锻的始锻温度为1050～1080℃，终锻温度≥900℃。通过不同锻造细化晶粒，达到细晶强化获取高致密度辙叉用钢。锻造加工能保证金属显微组织的连续性，使锻件的显微组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证贝氏体辙叉具有良好的力学性能与长的使用寿命。

在一些实施例中，步骤S5中，利用锻造余热对模锻后获得的辙叉用钢进行冷却，开冷温度为750～850℃，采用水冷、水雾或是风冷，以2～5℃/s的冷却速度冷却至200～300℃。

在一些实施例中，步骤S6中，冷却后的辙叉用钢经矫直加工后，采用200～400℃温度回火，回火时间为5～120h，以消除锻造应力。

在一些实施例中，浇铸全程进行保护浇铸，以控制辙叉用钢的氧含量。

根据以上描述，本发明通过不同锻造细化晶粒，达到细晶强化获取高致密度辙叉用钢。辙叉用钢经机械加工制成辙叉。采用该方法生产的贝氏体辙叉抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥12％，奥氏体晶粒为10～15μm，致密度达到0.95～0.98，真密度为7.83～7.85g/cm

下面根据具体的实施例进行说明。

本发明实施例和对比例的辙叉用钢经全程保护浇铸，其中实施例1-5化学成分如表1所示，对比例1-4与实施例1-4成分相同。

表1实施例和对比例辙叉用钢的化学成分/％

实施例和对比例采用不同锻造工艺，其中第一次加热和锻造如表2所示，第二次加热和锻造如表3所示。

表2实施例和对比例第一次加热和锻造工艺

表3实施例和对比例第二次加热和锻造工艺

实施例和对比例锻造后的辙叉用钢，均利用锻造余热，开冷温度为750～850℃，采用水冷、水雾或是风冷，以2～5℃/s，冷却至200～300℃。辙叉用钢冷却、矫直加工后，采用200～400℃温度回火，回火时间为5～120h。

实施例和对比例按照TB/T 2344《43kg/m-75kg/m钢轨订货技术条件》要求，取拉伸试样并检验。同时，对实施例和对比例贝氏体辙叉用钢圆角下10～20mm位置进行奥氏体晶粒度检测，采用OPA-200金属原位分析仪测量贝氏体辙叉用钢致密度。采用型号为3H-2000TD1-K的全自动真密度及开闭率分析仪，测量贝氏体辙叉用钢的致密度。测量结果如表4所示。

表4实施例和对比例测量结果

如表4所示，采用该方法生产的贝氏体辙叉用钢抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥12％，奥氏体晶粒为10～15μm，致密度达到0.95～0.98，真密度为7.83～7.85g/cm

总体而言，采用本发明的方法，不仅提高了贝氏体辙叉用钢的强韧性，同时还提高了贝氏体辙叉用钢的密度和组织致密性，辙叉运行安全性提高。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。