專利名稱：貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于鐵路道岔的一種貝氏體鋼電渣熔鑄(電渣焊)復合轍叉心軌；特別公開了一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝、結構及制作材料。
背景技術：
轍叉心軌是鐵路道岔的關鍵部件，目前轍叉心軌的結構和制造工藝有三種1、鑄造高錳鋼轍叉現(xiàn)行的轍叉心軌多采用高錳鋼整體鑄造工藝，高錳鋼整鑄轍叉心軌具有整體性好、維護、維修方便的優(yōu)點；但存在著以下主要缺點初始硬度低，導致道岔上路前期磨損嚴重；屈服強度低、接觸疲勞性能差；膨脹系數(shù)大、焊接性差；限制了跨區(qū)間超長無縫線路的發(fā)展；鑄造性能不好；在鐵路運行提速的情況下，鐵路道岔的磨損更加嚴重，其使用壽命更短，進而增大了維修工作量，而且直接影響行車安全。
2、焊接轍叉心軌隨著高速鐵路的發(fā)展，無縫線路的焊接愈來愈顯得十分重要，而高錳鋼與高碳鋼軌的焊接仍屬于國際性難題。寶雞橋梁廠等單位利用閃光焊技術將鍛造的貝氏體轍叉心與普通鋼軌焊接形成轍叉心軌。這種貝氏體鋼工藝性能良好，不易產(chǎn)生原始裂紋，強度好，韌性好；但其硬度偏高，易剝落掉塊，且其薄弱環(huán)節(jié)在鋼軌與過渡層界面處。由于界面的結合強度低，采用焊接工藝生產(chǎn)轍叉心軌的可靠性較低。
3、螺栓連接轍叉心軌由于現(xiàn)行的整體鑄造轍叉心軌不能鍛造，鑄造狀態(tài)下鑄件缺陷不可避免，從而造成產(chǎn)品質量離散度大，使用壽命極不穩(wěn)定；浙江貝爾有限公司利用鍛造的貝氏體鋼轍叉心，通過螺栓與兩根普通鋼軌進行緊固連接生產(chǎn)轍叉心軌。貝氏體鋼轍叉心強度高、耐沖擊、耐疲勞、耐磨性好，使用壽命長；但是，螺栓連接的轍叉心軌生產(chǎn)成本高，整體性能差，火車轉軌時承受較大的沖擊，影響火車運行速度；另外，維修的工作量也較大。
由上述可見，目前轍叉心軌所使用的材料為高錳鋼和貝氏體鋼，相比之下貝氏體鋼的性能優(yōu)于高錳鋼，但目前所使用的貝氏體鋼都是常用電爐熔煉的，其冶金質量相對較差，制作轍叉時的工藝及制作出的轍叉結構存在上述種種缺陷。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的缺點，本發(fā)明提供一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，一種高強度、高韌性、耐接觸疲勞性能好、冶金質量高的貝氏體鋼與鋼軌電渣熔鑄復合的整體轍叉心軌的制作工藝、結構及制作材料，以滿足鐵路重載負荷、運行高速的要求。
本發(fā)明采用的技術方案是一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其制作的工藝流程為備料→電渣熔鑄復合→機加工→熱處理→探傷→成品。
其備料過程是利用低碳廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、電解鎳等進行配料，在中頻感應電爐中冶煉轍叉心貝鋼材料，用金屬模澆注成滿足使用要求的電極棒，修磨后待用；同時準備鋼軌，即根據(jù)整體復合轍叉心軌的結構尺寸，將鋼軌加工成符合尺寸要求的熔鑄鋼軌。
其電渣熔鑄復合過程是在電渣爐中將鋼軌固定于結晶器中，將配制好的熔渣澆鑄到結晶器中，插入電極并通電升溫，電極在結晶器中熔化成液滴，通過熔渣精煉，在高溫熔渣和鋼液的熱作用下將鋼軌復合面局部熔化，并在結晶器中由下而上逐步凝固，直至整個結晶器被合金鋼液充滿，最終將鋼軌熔鑄復合在一起，形成整體轍叉心軌毛坯；在此過程控制的參數(shù)為復合電壓25-45v，復合電流2000-3000A，較佳的工藝控制參數(shù)復合電壓30v，復合電流2500A。
機加工及探傷按照通常的方式根據(jù)需要進行。
其熱處理過程為在臥式電阻爐中，將加工好的整體復合轍叉心軌加熱至820-950℃，保溫1-4小時，出爐冷卻到室溫，然后，在200-400℃進行回火處理，保溫時間3-6小時；較佳的熱處理工藝參數(shù)為奧氏體化溫度910℃，保溫2.5小時，回火溫度300℃，回火時間4小時。
一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其是由無碳化物貝氏體鋼轍叉心和鋼軌即叉根軌復合組成的；其尖端部截面外輪廓呈矩形，上部兩側分別加工成與火車車輪踏軌緣形狀相吻合的凹曲線形，叉根軌與貝氏體鋼轍叉心結合區(qū)截面兩側為鋼軌，由中間的貝氏體鋼將兩側的鋼軌融合在一起；整體轍叉心軌的后部為具有一定角度的兩根鋼軌即叉根軌。
一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余為Fe；其化學成分占的比例是0.15-0.4％C，0.40-2.10％Si，1.50-2.50％Mn，0.50-2.50％Cr，1.00-2.00％Ni，0.20-0.80％Mo，V＜0.10％，Nd＜0.10％，P＜0.035％，S＜0.01％，余為Fe；較佳成分為0.30％C、1.45％Si、1.70％Mn、1.50％Cr、1.20％Ni、0.70％Mo、0.05％V、0.04％Nd、0.02％P、0.0045％S，余為Fe。
一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其主要用于鐵路道岔上。
本發(fā)明具有的優(yōu)點及效果1、電渣重熔精煉貝氏體鋼作為生產(chǎn)轍叉心軌的材料，其綜合力學性能高，抗拉強度大于1320Mpa，延伸率大于9％，室溫沖擊韌性大于75J/cm2，硬度HRC38-45，斷面收縮率大于50％。
2、轍叉心軌電渣熔鑄貝氏體鋼與鋼軌完全為冶金熔融結合，結合面無夾渣，抗拉強度、硬度和沖擊韌性均能滿足鋼軌的性能要求。
3、鋼液潔凈，夾雜少且細小、分布均勻，有利于提高轍叉心的力學性能和使用可靠性。
4、整體性能好，材質內在質量高，性能可靠，維修工作量小，生產(chǎn)成本低，性能價格比高。


圖1為本發(fā)明貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌結構示意圖；圖2為圖1沿A-A線剖視示意圖；圖3為圖1沿B-B線剖視示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其制作的工藝流程為備料→電渣熔鑄復合→機加工→熱處理→探傷→成品。
實施例1一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其備料過程是利用低碳廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、電解鎳等進行配料，在中頻感應電爐中冶煉轍叉心貝鋼材料，用金屬模澆注成滿足使用要求的電極棒，修磨后待用；同時準備鋼軌，即根據(jù)整體復合轍叉心軌的結構尺寸，將鋼軌加工成符合尺寸要求的熔鑄鋼軌。
其電渣熔鑄復合過程是在電渣爐中將鋼軌固定于結晶器中，將配制好的熔渣澆鑄到結晶器中，插入電極并通電升溫，電極在結晶器中熔化成液滴，通過熔渣精煉，在高溫熔渣和鋼液的熱作用下將鋼軌復合面局部熔化，并在結晶器中由下而上逐步凝固，直至整個結晶器被合金鋼液充滿，最終將鋼軌熔鑄復合在一起，形成整體轍叉心軌毛坯；在此過程控制的參數(shù)為復合電壓25v，復合電流2000A。
機加工及探傷按照通常的方式根據(jù)需要進行。
其熱處理過程為在臥式電阻爐中，將加工好的整體復合轍叉心軌加熱至820℃，保溫4小時，出爐冷卻到室溫，然后，在200℃進行回火處理，保溫時間6小時。
實施例2一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其備料過程是利用低碳廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、電解鎳等進行配料，在中頻感應電爐中冶煉轍叉心貝鋼材料，用金屬模澆注成滿足使用要求的電極棒，修磨后待用；同時準備鋼軌，即根據(jù)整體復合轍叉心軌的結構尺寸，將鋼軌加工成符合尺寸要求的熔鑄鋼軌。
其電渣熔鑄復合過程是在電渣爐中將鋼軌固定于結晶器中，將配制好的熔渣澆鑄到結晶器中，插入電極并通電升溫，電極在結晶器中熔化成液滴，通過熔渣精煉，在高溫熔渣和鋼液的熱作用下將鋼軌復合面局部熔化，并在結晶器中由下而上逐步凝固，直至整個結晶器被合金鋼液充滿，最終將鋼軌熔鑄復合在一起，形成整體轍叉心軌毛坯；在此過程控制的參數(shù)為復合電壓45v，復合電流3000A，機加工及探傷按照通常的方式根據(jù)需要進行。
其熱處理過程為在臥式電阻爐中，將加工好的整體復合轍叉心軌加熱至950℃，保溫1小時，出爐冷卻到室溫，然后，在400℃進行回火處理，保溫時間3小時；較佳的熱處理工藝參數(shù)為奧氏體化溫度910℃，保溫2.5小時，回火溫度300℃，回火時間4小時。
實施例3一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其備料過程是利用低碳廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、電解鎳等進行配料，在中頻感應電爐中冶煉轍叉心貝鋼材料，用金屬模澆注成滿足使用要求的電極棒，修磨后待用；同時準備鋼軌，即根據(jù)整體復合轍叉心軌的結構尺寸，將鋼軌加工成符合尺寸要求的熔鑄鋼軌。
其電渣熔鑄復合過程是在電渣爐中將鋼軌固定于結晶器中，將配制好的熔渣澆鑄到結晶器中，插入電極并通電升溫，電極在結晶器中熔化成液滴，通過熔渣精煉，在高溫熔渣和鋼液的熱作用下將鋼軌復合面局部熔化，并在結晶器中由下而上逐步凝固，直至整個結晶器被合金鋼液充滿，最終將鋼軌熔鑄復合在一起，形成整體轍叉心軌毛坯；在此過程控制的參數(shù)為復合電壓305v，復合電流2500A。
機加工及探傷按照通常的方式根據(jù)需要進行。
其熱處理過程為在臥式電阻爐中，將加工好的整體復合轍叉心軌加熱至910℃，保溫2.5小時，出爐冷卻到室溫，然后，在300℃進行回火處理，保溫時間4小時。
在上述任一實施例情況下，如圖1-3所示，一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其是由無碳化物貝氏體鋼轍叉心1和鋼軌2即叉根軌復合組成的；其尖端部3截面外輪廓呈矩形，上部4兩側分別加工成與火車車輪踏軌緣形狀相吻合的凹曲線形5，叉根軌2與貝氏體鋼轍叉心1結合區(qū)截面兩側為鋼軌，由中間的貝氏體鋼將兩側的鋼軌融合在一起；整體轍叉心軌的后部6為具有一定角度的兩根鋼軌即叉根軌2。
在上述任一實施例情況下，一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余為Fe；實施例6在上述實施例1工藝下，一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其化學成分占的比例是0.4％C，2.10％Si，1.50％Mn，0.50％Cr，1.90％Ni，0.20％Mo，0.05％V，0.06％Nd，0.03％P，0.0045％S，余為Fe；實施例7
在上述實施例2工藝下，一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其化學成分占的比例是0.15C，0.40％Si，2.50％Mn，2.50％Cr，1.00％Ni，0.80％Mo，0.04％V，0.05％Nd，0.025％P，0.0045％S，余為Fe；實施例8在上述實施例3工藝下，一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其化學成分占的比例是0.30％C、1.45％Si、170％Mn、1.50％Cr、1.20％Ni、0.70％Mo、0.05％V、0.04％Nd、0.02％P、0.0045％S，余為Fe。
本發(fā)明貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其主要用于鐵路道岔上。
綜上所述，是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其制作的工藝流程為備料→電渣熔鑄復合→機加工→熱處理→探傷→成品。
2.如權利要求1所述的貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其備料過程是利用低碳廢鋼、高碳鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、電解鎳等進行配料，在中頻感應電爐中冶煉轍叉心貝鋼材料，用金屬模澆注成滿足使用要求的電極棒，修磨后待用；同時準備鋼軌，即根據(jù)整體復合轍叉心軌的結構尺寸，將普通鋼軌加工成符合尺寸要求的熔鑄鋼軌。
3.如權利要求1所述的貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其電渣熔鑄復合過程是在電渣爐中將鋼軌固定于結晶器中，將配制好的熔渣澆鑄到結晶器中，插入電極并通電升溫，電極在結晶器中熔化成液滴，通過熔渣精煉，在高溫熔渣和鋼液的熱作用下將鋼軌復合面局部熔化，并在結晶器中由下而上逐步凝固，直至整個結晶器被合金鋼液充滿，最終將鋼軌熔鑄復合在一起，形成整體轍叉心軌毛坯；在此過程控制的參數(shù)為復合電壓25-45v，復合電流2000-3000A，較佳的工藝控制參數(shù)復合電壓30v，復合電流2500A。
4.如權利要求1所述的貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是退火及機加工按照通常的方式根據(jù)需要進行。
5.如權利要求1所述的貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其熱處理過程為在臥式電阻爐中，將加工好的整體復合轍叉心軌加熱至820-950℃，保溫1-4小時，出爐冷卻到室溫，然后，在200-400℃進行回火處理，保溫時間3-6小時；較佳的熱處理工藝參數(shù)為奧氏體化溫度910℃，保溫2.5小時，回火溫度300℃，回火時間4小時。
6.一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其特征在于其是由無碳化物貝氏體鋼轍叉心和鋼軌即叉根軌復合組成的；其尖端部截面外輪廓呈矩形，上部兩側分別加工成與火車車輪踏軌緣形狀相吻合的凹曲線形，叉根軌與貝氏體鋼轍叉心結合區(qū)截面兩側為鋼軌，由中間的貝氏體鋼將兩側的鋼軌融合在一起；整體轍叉心軌的后部為具有一定角度的兩根普通鋼軌即叉根軌。
7.一種制作權利要求1所述的貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其特征在于其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余為Fe；其化學成分占的比例是0.15-0.4％C，0.40-2.10％Si，1.50-2.50％Mn，0.50-2.50％Cr，1.00-2.00％Ni，0.20-0.80％Mo，V＜0.10％，Nd＜0.10％，P＜0.035％，S＜0.01％，余為Fe；較佳成分為0.30％C、1.45％Si、170％Mn、1.50％Cr、1.20％Ni、0.70％Mo、0.05％V、0.04％Nd、0.02％P、0.0045％S，余為Fe。
8.一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其特征在于其主要用于鐵路道岔上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一種貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌的制作工藝，其特征是其制作的工藝流程為備料→電渣熔鑄復合→機加工→熱處理→探傷→成品；其結構為由無碳化物貝氏體鋼轍叉心和普通鋼軌即叉根軌復合組成的；其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余為Fe；本發(fā)明貝氏體鋼電渣熔鑄復合轍叉心軌，其主要用于鐵路道岔上。
文檔編號E01B7/00GK1416984SQ0215792
公開日2003年5月14日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權日2002年12月20日
發(fā)明者張綿勝, 劉金海, 劉經(jīng)偉, 顧經(jīng)文, 王振業(yè), 劉根生, 王善超, 賈保利, 張綿棟 申請人:北京特冶工貿有限責任公司, 河北工業(yè)大學, 顧經(jīng)文