含氮高锰钢高速重载铁路辙叉的爆炸硬化处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105671432A(43)申请公布日2016.06.15(21)申请号201610077861.9C22C38/02(2006.01)(2006.01)(22)申请日2016.02.04C21D10/00(71)申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号(72)发明人张福成陈晨吕博(74)专利代理机构石家庄一诚知识产权事务所13116代理人续京沙(51)Int.Cl.C22C38/04(2006.01)C22C38/18(2006.01)C22C38/06(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称含氮高锰钢高速重载铁路辙叉的爆炸硬化处理方法(57)摘要一种含氮高锰钢高速重载铁路辙叉的爆炸硬化处理方法，含氮高锰钢的化学成分(wt％)为：C：0.75-0.95、Mn：11.0-13.0、Cr：1.0-1.4、Al：0.2-0.5、N：0.04-0.07、Si：0.1-0.5、P：≦0.02、S：≦0.02，其余为Fe。采用电弧炉冶炼钢水、LF炉精炼钢水，然后浇铸成含氮高锰钢辙叉，将该辙叉加热到1100-1150℃保温2-4h，再加热到200-250℃保温3-5h；然后用黑索金塑性片状炸药进行两次爆炸硬化处理，第一次是将辙叉加热到70℃进行爆炸硬化处理，第二次是将辙叉冷却到-30℃进行爆炸硬化处理，最后再加热到180-220℃保温2-4h。本发明生产成本低、易于生产，处理后的含氮高锰钢辙叉比普通高锰钢辙叉使用寿命提高2倍以上，平均过载量达到3.8亿吨以上。CN105671432ACN105671432A权利要求书1/1页1.一种高速重载铁路辙叉用含氮高锰钢，其特征在于：其化学成分重量百分比为：C0.75-0.95、Mn11.00-13.0、Cr1.0-1.4、N0.04～0.07、Al0.2-0.5、Si0.1-0.5、P≦0.02、S≦0.02，其余为Fe。2.一种含氮高锰钢高速重载铁路辙叉的爆炸硬化处理方法，其特征在于：(1)采用电弧炉冶炼钢水、LF炉精炼钢水，在常压条件下通过向钢水中添加氮化铬铁对高锰钢中的Cr和N元素含量进行控制，并且，钢中氮与锰、铬含量之间的关系必须满足[％N]<0.021([％Cr]+0.9[％Mn])-0.204关系公式；(2)用脂硬化造型工艺制造高锰钢辙叉铸造型腔，利用常规高锰钢辙叉浇注工艺铸造成含氮高锰钢辙叉；(3)将含氮高锰钢辙叉加热到1100-1150℃保温2-4h后进行固溶处理，再将铸造高锰钢辙叉加热到200-250℃保温3-5h进行时效处理；(4)将含氮高锰钢辙叉心轨上宽15-80mm以及翼轨上车轮跨越心轨段、长度为0.8-1.2m辙叉的顶面打磨光亮，采用厚度为2.5mm的常规成分黑索金RDX塑性片状炸药对辙叉表面进行两次爆炸硬化处理，第一次爆炸硬化前将含氮高锰钢辙叉加热到70℃保温2h以上，然后进行爆炸硬化处理；第二次爆炸前将高锰钢辙叉冷却到-30℃保温3h以上，然后进行爆炸硬化处理；(5)对爆炸硬化处理后的含氮高锰钢辙叉加热到180-220℃保温2-4h后空冷到室温。2CN105671432A说明书1/4页含氮高锰钢高速重载铁路辙叉的爆炸硬化处理方法技术领域[0001]本发明技术属于材料科学与工程技术领域，特别涉及一种辙叉的制备方法。背景技术[0002]近年来，我国铁路事业迅速发展并逐渐成为国家一项重要战略工程。我国铁路事业取得的巨大成果获得了世界的广泛认可，但铁路安全问题仍然是国际社会关注的重点。铁路辙叉作为改变列车运行方向的关键零部件，其稳定的使用性能和安全性能必然是重中之重。迄今为止，美国全境的铁路辙叉均采用高锰钢制造，我国也有大约三分之二采用高锰钢。但是，普通成分的高锰钢经水韧处理后基体硬度值仅有HB210左右，因此在辙叉的初始服役阶段，高锰钢耐磨性很差并会产生一定的塑性变形，增加了修磨工作量并缩减了它的使用寿命，因此，高速重载铁路对辙叉材料的强度和初始硬度提出更高的要求。[0003]自Hadfield发明的高锰钢被用于电车辙叉以来，为满足不同的使用需求，各国的材料科学工作者对高锰钢的再合金化进行了大量的研究。例如，美国在普通高锰钢的基础上添加4％Cr、3.6％Ni和0.4％V，并将钢中的C含量降低至0.85％，经试验，该成分的高锰钢辙叉的使用寿命较普通高锰钢辙叉有了大幅提高，然而这种高锰钢中含有大量的贵重金属Ni和V，大大提高了高锰钢辙叉的生产成本；加拿大利用合金元素V对高锰钢进行再合金化处理，发现当高锰钢中添加2％的V元素时，其耐磨性能最佳，可以达到普通高锰钢耐磨性的5倍之多，但是V作为一种强碳化物形成元素，如果在后续的热处理过程中操作不当极易析