全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法与流程

1.本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法。

背景技术：

2.辙叉作为引导车辆转向并承载列车载荷的关键部件，在铁路线路中服役最苛刻、受力最集中、伤损最突出、使用寿命最短，亟需一种高强、高韧、高耐磨、抗接触疲劳性能优异的钢轨钢。贝氏体辙叉以其优异的性能，成为国内外辙叉用材的首选。
3.现有贝氏体钢辙叉在服役过程中存在裂纹、掉块等伤损，工艺质量和性能稳定性较差，严重制约贝氏体辙叉的大规模使用。

技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法，通过结合表面涂覆及油淬过程，保证全断面性能均匀性，降低产生裂纹、掉块等伤损的几率。
5.为了解决上述技术问题中的至少一项，本发明采用以下技术方案：
6.依据本发明，提供一种全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法，包括以下步骤：s1，对冶炼、浇铸后获得的钢坯加热并保温；s2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；s3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理；s4，在热处理后的辙叉用钢表面涂覆5～10mm厚的附着层，按质量百分比计，所述附着层包含：30～60％的黏土、10～20％的含碳粉、20～30％的铝土矿和10～15％的粘着剂；s5，将表面涂覆后的辙叉用钢再次加热并进行淬火处理；s6，对淬火后的辙叉用钢进行回火。
7.依据本发明的一个实施例，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.20～0.26％的c，1.40～1.8％的si，1.60～2.00％的mn，0.010～0.020％的p，0.002～0.010％的s，0.50～0.90％的cr，0.30-0.50％的mo，0.03-0.10％的v，0.001～0.004％的al，其余为fe及不可避免的杂质元素。
8.依据本发明的一个实施例，步骤s1中，钢坯均热段温度为1250～1300℃，保温时间为200～500min。
9.依据本发明的一个实施例，步骤s2中，轧制或锻造的终冷温度为700～950℃，压缩比≥4。
10.依据本发明的一个实施例，步骤s3中，热处理的开冷温度为740～820℃，冷却速率为5～15℃/s，终冷温度为100～400℃。
11.依据本发明的一个实施例，步骤s5中，将表面涂覆后的辙叉用钢加热至850～950℃，保温40～120min后，放入淬火油中冷却5～20min后取出。
12.依据本发明的一个实施例，淬火过程中，以20-100r/min的搅拌速率对所述淬火油进行搅拌，或者以10-20m/min的速率使辙叉用钢摆动。
13.依据本发明的一个实施例，所述淬火油粘比＜1.5，残碳增加值＜1.5％。
14.依据本发明的一个实施例，淬火前淬火油温度≤40℃，淬火后淬火油温度≤100℃，淬火油/辙叉用钢体积≥10。
15.依据本发明的一个实施例，步骤s6中，淬火后的辙叉用钢，采用100～450℃温度回火，回火时间为5～120h。
16.在根据本发明的实施例的全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法中，结合合金辙叉用钢材质和使用性能需求，通过结合表面涂覆和油淬，保证全断面性能均匀性。采用该方法生产的贝氏体辙叉表层下0-30mm硬度≥40hrc，表层和表层下30mm硬度差≤5hb，全断面组织和性能均匀性优，特别适宜重载铁路用辙叉用材。
附图说明
17.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。
18.图1示出了根据本发明实施例的全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法的流程图；
19.图2示出了根据本发明实施例的全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法的实施例生产的辙叉用钢表层下5mm至表层下30mm的硬度分布图；
20.图3示出了对比例生产的辙叉用钢表层下5mm至表层下30mm的硬度分布图。
具体实施方式
21.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。
22.本发明实施例的全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法通过将钢加热到临界温度ac3或ac1以上，保温一段时间后全部奥氏体化，然后快速冷至ms附近进行贝氏体转变来实现辙叉用钢的硬化。淬火处理通常利用水、油或低温盐浴来做此冷却，油淬就是采用油来冷却。其中，油淬冷却相比于水淬冷却较为温和。贝氏体辙叉用钢锻压后自然冷却，即可转变为贝氏体组织，但经过油淬处理后，强韧性会得到显著提高。
23.然而，辙叉用钢断面尺寸较大，常规的热处理后，采用风冷冷却时，心部无法有效发挥热处理优势；采用冷速较快的油冷，表面又因转变速率过快，产生马氏体组织，影响后续线路服役。因此，本发明结合合金辙叉用钢材质和使用性能需求，提出一种全断面均匀强硬化辙叉用钢及其生产方法，更确切的说法结合表面涂覆和油淬，保证全断面性能均匀性。
24.根据本发明实施例的全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法总体包括以下步骤：
25.s1，对冶炼、浇铸后获得的钢坯加热并保温；
26.s2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；
27.s3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理；
28.s4，在热处理后的辙叉用钢表面涂覆5～10mm厚的附着层，按质量百分比计，所述附着层包含：30～60％的黏土、10～20％的含碳粉、20～30％的铝土矿和10～15％的粘着剂；
29.s5，将表面涂覆后的辙叉用钢再次加热并进行淬火处理；
30.s6，对淬火后的辙叉用钢进行回火。
31.根据本发明实施例的全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法中，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.20～0.26％的c，1.40～1.8％的si，1.60～2.00％的mn，0.010～0.020％的p，0.002～0.010％的s，0.50～0.90％的cr，0.30-0.50％的mo，0.03-0.10％的v，0.001～0.004％的al，其余为fe及不可避免的杂质元素。本发明通过添加0.30-0.50％的mo使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，还可抑制贝氏体合金钢回火脆性。另外，添加0.03～0.10％的v也能够阻碍晶粒长大，进一步促进晶粒细化。
32.在一些实施例中，步骤s1至步骤s3可采用以下参数：冶炼浇铸后，将钢坯加热至1250～1300℃，保温时间200～500min；轧制或锻造的终冷温度为700～950℃，压缩比≥4；热处理的开冷温度为740～820℃，冷却速率为5～15℃/s，终冷温度为100～400℃。通过控制粗晶粒钢坯加热、轧制或锻造、热处理参数，使得辙叉用钢全断面晶粒大小分布均匀。
33.通过在热处理后的辙叉用钢表面涂覆附着层，促使辙叉用钢表面热量均匀分布，同时降低了辙叉用钢表面和心部的温差，有利于获得铁素体/贝氏体复合组织获取全断面均匀硬化辙叉用钢。
34.在一些实施例中，步骤s5中，将表面涂覆后的辙叉用钢加热至850～950℃，保温40～120min后，放入淬火油中冷却5～20min后取出。具体淬火过程中，可以20-100r/min的搅拌速率对淬火油进行搅拌，或者以10-20m/min的速率使辙叉用钢摆动，以使辙叉用钢表面与淬火油充分接触，确保均匀降温并提高冷却效率。优选地，淬火油粘比＜1.5，残碳增加值＜1.5％，可选用l-an15油(10号机械油)或其他符合上述条件的淬火油。为了能够快速降温，控制淬火前淬火油温度≤40℃，淬火后淬火油温度≤100℃，淬火油/辙叉用钢体积≥10。
35.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100～450℃温度回火，回火时间为5～120h，以消除残余应力。
36.在一些实施例中，浇铸全程进行保护浇铸，优选采用0.002-0.010％低硫控制，以控制辙叉用钢的氮、氢、氧含量。
37.下面根据具体的实施例进行说明。
38.本发明实施例和对比例的辙叉用钢经全程保护浇铸，优先采用0.002-0.010％低硫控制，其中以质量百分数计，实施例1～5的主要化学成分如表1所示，不可避免的杂质元素成分如表2所示，对比例1～4与实施例1～4成分相同。
39.表1实施例和对比例辙叉用钢的化学成分/％
[0040][0041]
实施例和对比例采用不同的加热工艺、轧制或锻造工艺和热处理工艺，如表2所示。
[0042][0043]
辙叉冷却后，按表3所示将表面涂覆后的辙叉用钢加热至850～950℃，保温40～120min后，放入淬火油中冷却5～20min后取出。淬火过程中，以20-100r/min的搅拌速率对所述淬火油进行搅拌，或者以10～20m/min的速率使辙叉用钢摆动。所述淬火油粘比＜1.5，残碳增加值＜1.5％。
[0044]
表3实施例和对比例的淬火方式和表面涂覆工艺
[0045][0046]
实施例和对比例钢轨冷却、矫直加工后，采用相同的100～450℃温度回火，回火时间为5～120h。
[0047]
实施例和对比例按照tb/t 3467《合金钢组合辙叉》要求，对表层下5mm至表层下30mm分别进行硬度检验。检验数据统计如表4所示。
[0048]
表4实施例和对比例表层下5mm和表层下30mm硬度
[0049][0050]
结合表1至表3，对比例的成分设计、加热工艺、轧制工艺、涂覆工艺的相关参数不在预定范围内。如表4所示，采用该方法生产的贝氏体辙叉表层下0-30mm硬度≥40hrc，表层和表层下30mm硬度差≤5hb，全断面组织和性能均匀性明显优于对比例，特别适宜重载铁路用辙叉用材，详情参见图2和图3。
[0051]
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。

技术特征：

1.一种全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，对冶炼、浇铸后获得的钢坯加热并保温；s2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；s3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理；s4，在热处理后的辙叉用钢表面涂覆5～10mm厚的附着层，按质量百分比计，所述附着层包含：30～60％的黏土、10～20％的含碳粉、20～30％的铝土矿和10～15％的粘着剂；s5，将表面涂覆后的辙叉用钢再次加热并进行淬火处理；s6，对淬火后的辙叉用钢进行回火。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述辙叉用钢的成分为：0.20～0.26％的c，1.40～1.8％的si，1.60～2.00％的mn，0.010～0.020％的p，0.002～0.010％的s，0.50～0.90％的cr，0.30-0.50％的mo，0.03-0.10％的v，0.001～0.004％的al，其余为fe及不可避免的杂质元素。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，钢坯均热段温度为1250～1300℃，保温时间为200～500min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，轧制或锻造的终冷温度为700～950℃，压缩比≥4。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，热处理的开冷温度为740～820℃，冷却速率为5～15℃/s，终冷温度为100～400℃。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s5中，将表面涂覆后的辙叉用钢加热至850～950℃，保温40～120min后，放入淬火油中冷却5～20min后取出。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，淬火过程中，以20-100r/min的搅拌速率对所述淬火油进行搅拌，或者以10-20m/min的速率使辙叉用钢摆动。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述淬火油粘比＜1.5，残碳增加值＜1.5％。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，淬火前淬火油温度≤40℃，淬火后淬火油温度≤100℃，淬火油/辙叉用钢体积≥10。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s6中，淬火后的辙叉用钢，采用100～450℃温度回火，回火时间为5～120h。

技术总结

本发明公开了一种全断面均匀强硬化辙叉用钢的生产方法，包括以下步骤：S1，对冶炼、浇铸后获得的钢坯加热并保温；S2，对加热后的钢坯进行轧制或锻造；S3，对轧制或锻造后获得的辙叉用钢进行热处理；S4，在热处理后的辙叉用钢表面涂覆5～10mm厚的附着层，按质量百分比计，所述附着层包含：30～60％的黏土、10～20％的含碳粉、20～30％的铝土矿和10～15％的粘着剂；S5，将表面涂覆后的辙叉用钢再次加热并进行淬火处理；S6，对淬火后的辙叉用钢进行回火。本发明的方法能够通过结合表面涂覆及油淬过程，保证全断面性能均匀性，降低产生裂纹、掉块等伤损的几率。等伤损的几率。等伤损的几率。