高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢

摘要

一种高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢,将含C:0.2—0.5%;Si:1.0—3.0%;Mn:1.0—3.0%;Cr:0.5—2.0%;Mo:0.2—1.0%;Ni:0.2—1.0%;Re:0.01—0.1%以及其V、Ti中的一种或二种元素用电弧炉或中工频电炉按常规工艺冶炼,浇成钢锭,经锻、轧成型后,经常规正火或退火处理,+200—400℃回火,或锻后+200—400℃回火的铁路道叉,其最终组织为贝氏体/残余奥氏体,贝氏体/马氏体复相组织,硬度大于40HRC,强度≥1300MPa,常温冲击强度ak≥80J/cm2,－40℃时ak达到40—60J/cm2,试件台架实验疲劳寿命大于2×106。

说明书

本发明涉及一种用于制造高速准高速铁路道叉的高性能新型耐磨钢，属新材料冶金领域。

近年来，我国随着国民经济发展的需要，铁路部门力图增加列车载重负荷和提高列车运行速度，以便增大运输能力，提高铁路运输效率，降低运输成本，这样一来，铁路道叉的使用环境将进一步恶化，为了适应铁路运输事业发展的需要，就要求铁路道叉质量有更进一步的改善。目前铁路领域中，生产道叉普遍采用高锰钢(ZGMn13)其特点是韧性高，但因其初始度低，形变硬化能力不足，耐磨差，不耐压，使用寿命短，一般使用寿命为一年左右。为此国内外根据本国资源研制了含有不同合金的耐磨钢轨材料，如国内的鞍山钢铁公司的发明专利ZL85100652A和清华大学的发明专利ZL86103008A高碳耐磨钢轨新材质，虽然耐磨有所提高，仍达不到高速运行铁路道叉所需材质的要求。西北工业大学申请的发明专利公开号CN1036231A为一种Si-Mn-Mo系低碳贝氏体钢，含C量低于0.15％，不适用于做耐磨材料产品，特别是铁路道叉。国外如日本新日本制铁株式会社在中国申请的发明专利公开号CN1095421A所提到的合金组合及其生产工艺制造的钢轨，对耐磨、抗压、抗疲劳损伤都有所提高，其化学成分配比并非最佳。而在现行铁路系统中，铁路道叉主要用高锰钢(ZGMn13)生产铁路道叉。当铁路运行提速后，铁路道叉的磨损更加严重，使用寿命更短，进而增大了维修工作量，影响行车安全。

本发明针对上述问题，为了解决高速准高速铁路道叉高性能的需要，通过对国内处文献资料消化研究，提出Si-Mn-Gr-Mo-Ni合金元素配合，辅以稀土合金，V、Ti变质处理方案研制低合金、高性能铁路道叉新型耐磨钢，并研究相对应的工艺配合满足性能要求。

本发明的目的就是为了解决高速准高速铁路道叉生产用的材质问题，采用低合金多组元合金化，并采用研究相对应的最简热处理工艺，降低生产成本，获得贝氏体/残余奥氏体或贝氏体/马氏体复相组织，达到更高性能，强韧性综合性能高的新型耐磨钢，满足生产制造铁路道叉所需要的材料(钢)。

本发明系一种用于生产制造高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢，其化学成分按重量％计其含量为：

C:0.2-0.5％     Si:1.0-3.0％    Mn:1.0-3.0％

Cr:0.5-2.0％    Mo:0.2-1.0％    Ni:0.2-1.0％

V:0.01-0.15％   Ti:0.01-0.1％   Re:0.01-0.1％

P≤0.03％；S≤0.03％其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明的一种用于生产制造高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢按不同钢号其化学成分按重量％计其含量为：(1)C:0.2-0.4％    Si:1.5-3.0％    Mn:1.5-3.0％   Cr:0.5-2.0％   Mo:0.2-1.0％    Ni:0.2-1.0％   Re:0.01-0.1％；其余为Fe及不可避免的杂质。(2)C:0.4-0.5％    Si:1.0-2.0％    Mn:1.0-2.0％   Cr:0.5-2.0％   Mo:0.2-0.7％    Ni:0.2-0.7％   Re:0.01-0.1％；其余为Fe及不可能避免的杂质。(3)按上述(1)、(2)所述的钢号，根据性能要求，加入或不辅加下列元素

V:0.01-0.15％  Ti:0.01-0.10％

本发明的高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢用电弧炉或中、工频电炉按常规工艺冶炼，浇成钢锭，经锻、扎成型后，根据性能需要，可经常规正火或退火处理+200-400℃回火，或锻后+200-400℃回火后直接应用。最终组织为贝氏体/残余奥氏体，贝氏体/马氏体复相组织，硬度大于40HRC，强度≥1300MPa，常温冲击强度ak达40-60J/cm²，实物试件台架实验疲劳寿命大于2×10⁶次。

本发明的优点如下：

1．综合性能高，在满足高强度、硬度条件下，具备高的常温冲击韧度达80-100J\cm²,-40℃以上无明显冷脆现象，-40℃时冲击韧度a_k可达40-60J/cm²

2．生产工艺简单，免去类似高锰钢水韧处理工艺，降低了生产成本，锻后直接正火或退火+200-400℃回火或锻后+200-400℃回火后使用。

3．正火或退火态直接获得贝氏体组织。

4．可轧制或锻造成高速铁路道叉，具有显著的经济效益。

本发明的高速准高速铁路道叉高性能耐磨钢最佳实施例如下表：

钢种                             化学成分按重量％ C Mn Si Cr Mo Ni Re V TiLM₁ 0.35 2.8 2.3 1.1 0.35 0.3 0.03 0.08 0.05LM₂ 0.38 2.5 2.6 0.9 0.31 0.29 0.04 0.04LM₃ 0.45 1.58 1.60 1.1 0.36 0.31 0.06

其余为Fe及不可避免的杂质。加工及热处理工艺1100℃-950℃锻造或轧制后，正常正火或退火处理后，200-400℃回火。

                                  机械性能

工艺6_0.2     MPa 6₀    MPa δ％  φ％  HRC     a_kJ/cm²    常温  -20℃ -40℃退火 1050  1250  5    10    42    95/80  65/45  35/32正火 1100  1330  7    12    42   100/80  70/45  60/40

实物台架疲劳性能：高于2×10⁶次。