CN101748331B - 高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法 - Google Patents
高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101748331B CN101748331B CN2009102278612A CN200910227861A CN101748331B CN 101748331 B CN101748331 B CN 101748331B CN 2009102278612 A CN2009102278612 A CN 2009102278612A CN 200910227861 A CN200910227861 A CN 200910227861A CN 101748331 B CN101748331 B CN 101748331B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- forging
- frog
- nano
- manufactured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
一种高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法，其中钢的化学成分(wt％)为：C 0.42～0.55、Mn 0.5～0.9、Al 1.0～1.5、Cr 0.2～0.5、Mo 0.6～1.0、W 0.1～0.4、Si 0.5～0.8、S＜0.02、P＜0.02、其余为Fe；本发明钢的制造方法主要为：冶炼后锻造，经过锻后去氢热处理和等温淬火及回火处理，获得贝氏体板条厚度为几十纳米和残余奥氏体薄膜厚度为十几纳米的复相纳米组织结构。本发明钢的性能为σb≥1500MPa、σs≥1200MPa、δ5≥8％、aKU≥80J/cm2、aKU(-40℃)≥35J/cm2、HRC45～50。用这种钢制造的铁路辙叉的使用寿命比目前广泛使用的ZGMn13钢辙叉提高1.5倍以上，比普通无碳化物贝氏体钢辙叉提高1倍以上，过载量可达4亿吨。
Description
技术领域 本发明涉及一种钢铁材料及其制造方法，特别是高速铁路辙叉专用的贝氏体钢及其制造方法。
背景技术 为了制造出使用性能优异的铁路辙叉，20世纪80年代首先在英国兴起了无碳化物贝氏体钢组合辙叉。后来美国也研制出MnSiCrNiMoB系辙叉用贝氏体钢。贝氏体钢因其具有高的强度、适当的韧度和硬度使其表现出优良的抗接触疲劳和耐磨性能，尤其是它具有优异的焊接工艺性能，使它成为制作新型铁路辙叉的理想材料之一。
关于辙叉用贝氏体钢的研究，大多数国家主要是为提高辙叉使用寿命并满足重载的要求，因此，研究的目标是得到强韧性及耐磨性高于高锰钢整铸辙叉的贝氏体钢。要求贝氏体辙叉钢有高的抗冲击变形能力及良好的耐磨性能。各国的研究人员主要通过两种方式来实现这一目标：一是合金化，以Mo-B为基本成分，添加Cr，Ni等合金元素，以提高材料的强韧性，并希望在空冷条件下得到以贝氏体为主的组织；二是经热处理后得到高性能的贝氏体组织。而日本和法国主要从提高抗接触疲劳性能出发来研究和使用贝氏体钢辙叉，并力图通过热处理得到贝氏体组织，并获得最佳的性能和成本结合点。显然，他们的思路更理性一些。
研究发现，普通贝氏体钢的碳含量在0.2％~0.4％之间比较适用于制造铁路辙叉。表1列出了几个国家的商业贝氏体钢辙叉的化学成分。可以看出，国外在贝氏体钢辙叉的成分设计上选用了Mo系或Mo-B系合金，以Mo或Mo-B为添加其他合金元素，这种成分设计的优点是便于在空冷条件下得到贝氏体组织，工艺简单。因为，当钢中含有足够量的Mo元素时，可明显推迟珠光体转变及铁素体转变。添加B元素后，作用更为明显，使得贝氏体转变“C”曲线向左凸出，从而在较宽的冷速范围内可得到贝氏体组织。这种通过合金化，并且在空冷条件下获得贝氏体组织的思路成为目前贝氏体钢辙叉研究的主流。从试验结果看，各国所研究的试验用钢经空冷后均获得了较满意的组织及性能。国外试验钢空冷所获得的贝氏体组织，大都为混合组织或无碳化物贝氏体组织。表2列出了各国商业贝氏体钢辙叉钢的力学性能，可以看出各国采用的贝氏体钢辙叉都具有较高的强度、韧度和硬度。
表1国内外主要商业贝氏体钢辙叉化学成分(wt％)
表2几个国家商业贝氏体钢辙叉的力学性能
近年来，辙叉用贝氏体钢吸引着大量的材料科学研究工作者不断进行研究和探索，产生了许多新的研究成果，所涉及到的合金化元素包括：Mn、Cr、Mo、Ni、Si、Al、W、Ti和B。它们会使铁路辙叉某一方面的性能有所提高，但都不能很好的适应目前高速、重载铁路恶劣的服役条件。
发明内容 本发明的目的在于提供一种在高速和重载运行条件下使用寿命长的高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法。本发明主要是采用铝对中碳低合金钢进行再合金化处理，通过等温淬火工艺获得纳米贝氏体组织的辙叉专用钢。
本发明的铁路辙叉专用高铝纳米贝氏体钢，其化学成分(wt％)是：C 0.42～0.55、Mn 0.5～0.9、Al 1.0～1.5、Cr 0.2～0.5、Mo 0.6～1.0、W 0.1～0.4、Si 0.5～0.8、S＜0.02，P＜0.02、其余为Fe。
上述铁路辙叉专用高铝纳米贝氏体钢的制造方法：
1、加料：向电炉内加入工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁、工业纯铝等合金及金属原料，最好由先到后的加入顺序为：工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁、工业纯铝；
2、电炉冶炼：加热原料使其全部熔化，控制炉内物料的温度在1650～1700℃，维持10～20min出钢，该出钢温度1620～1660℃；
3、浇注：将上述钢水在温度1530～1580℃浇注成钢锭，并且钢锭要在锭模中缓慢冷却到室温方可出模；
4、锻造：钢锭的加热速度≤120℃/h，加热温度1250～1300℃，始锻温度1220～1250℃，终锻温度≥850℃；
5、去氢退火处理：锻造后在锻件还没有冷却到300℃以前，直接将锻件加热到640～670℃保温4～6h，然后加热到900～950℃保温2～3h，之后空冷；
6、最终热处理：先将锻件加热到900℃～950℃进行奥氏体化处理，然后将经过奥氏体化的钢浸入到200～300℃的盐浴中保温2～5h进行等温淬火处理，然后空冷到室温；再将其加热到330～380℃保温1～3h进行回火处理。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明铁路辙叉专用高铝纳米贝氏体钢的热处理工艺非常特别，采用等温淬火后低温回火，得到一种非常特别的复相纳米组织结构，即高硅钢在T＝0.25Tm(Tm代表以绝对温度表示的熔点)的低温进行长时间的等温转变可以获得极细小的贝氏体组织，其组织由厚度仅为20～80nm的极薄的贝氏体铁素体板条和板条间富碳的残留奥氏体薄膜组成，称为纳米贝氏体(Nano bainite)或者低温贝氏体(Low temperature bainite)，这种贝氏体钢的拉伸强度极限超过2.3GPa，断裂韧度值可达到30MPa·m1/2，具有良好的综合力学性能，它使本发明的纳米贝氏体钢兼有高强度和高韧性，表现出十分优异的综合力学性能：σb≥1500MPa、σs≥1200MPa、δ5≥8％、aKU≥80J/cm2、aKU(-40℃)≥35J/cm2、HRC45～50。可见，这种纳米贝氏体组织具有超高强度的同时，具有十分优异的韧性，其综合性能达到马氏体时效钢的水平，然而，其成本仅仅是马氏体时效钢的九十分之一，这是十分惊人的！用这种钢制造的铁路辙叉的使用寿命比目前广泛使用的ZGMn13钢辙叉提高1.5倍以上，比普通无碳化物贝氏体钢辙叉提高1倍，过载量可达4亿吨以上。
2、本发明采用铝代替硅贝氏体钢制造铁路辙叉，因含铝贝氏体钢比含硅贝氏体钢具有低的氢脆敏感性，并且高铝合金结构钢可以更容易获得纳米贝氏体组织。因此，从铁路运输安全角度考虑，采用铝代替硅贝氏体钢制造铁路辙叉会使铁路运输更加安全。
3、本发明的纳米贝氏体钢硬度高、韧性好，具有十分优异的耐磨、耐疲劳性能，同时具有很低的氢脆敏感性能，这种贝氏体钢辙叉不仅使用寿命高，而且还可使铁路辙叉的安全性得到提高，这也正是其他贝氏体钢辙叉所不能达到的。
具体实施方式
实施例1
先将工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁和工业纯铝按照先后顺序加入到电炉中，加热原料使其全部熔化，控制炉内物料的温度在1680℃，维持10min出钢，该出钢温度1620℃；将上述钢水在温度1535℃浇注成钢锭，并且钢锭要在锭模中缓慢冷却到室温方可出模。锻造时钢锭的加热速度110℃/h，加热温度1290℃，始锻温度1250℃，终锻温度850℃。锻造后在锻件还没有冷却到300℃以前，直接将锻件加热到670℃保温4h，然后加热到910℃保温3h，后空冷，进行去氢退火处理。然后进行最终热处理：即先将锻件加热到910℃进行奥氏体化处理，然后将经过奥氏体化的钢直接浸入到温度为260℃盐浴中保温3h进行等温淬火处理，之后空冷到室温。再加热到340℃保温2h进行回火处理。上述铁路辙叉专用高铝纳米贝氏体锻钢的化学成分(wt％)为：C 0.48、Mn 0.86、Al 1.04、W 0.32、Cr 0.45、Mo 0.69、Si 0.64、S 0.012、P 0.018、其余为Fe。锻件尺寸为120×200×1000mm。在锻件表面下30mm处取样，机械性能为：σb＝1610MPa、σ0.2＝1238MPa、δ5＝10％、aKU＝105J/cm2、HRC47。
实施例2
在实施例2中，首先将工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁和工业纯铝按照先后顺序加入到电炉中，加热原料使其全部熔化，控制炉内物料的温度在1650℃，维持18min出钢，该出钢温度1650℃；将上述钢水在温度1570℃浇注成钢锭，并且钢锭要在锭模中缓慢冷却到室温方可出模。锻造时钢锭的加热速度100℃/h，加热温度1260℃，始锻温度1240℃，终锻温度880℃。锻造后在锻件还没有冷却到300℃以前，直接将锻件加热到640℃保温6h，然后加热到920℃保温3h，后空冷。然后进行最终热处理：即先将锻件加热到940℃进行奥氏体化处理，然后将经过奥氏体化的钢直接浸入到温度为250℃盐浴中保温3h进行等温淬火处理，之后空冷到室温。再加热到350℃保温3h进行回火处理。经上述工艺熔炼后钢的化学成分(wt％)为：C 0.53、Mn 0.78、Al 1.41、W 0.31、Cr 0.47、Mo 0.65、Si 0.62、S 0.008、P 0.017、其余为Fe。锻件尺寸为100×200×800mm。在锻件表面下50mm处取样，机械性能为：σb＝1787MPa、σ0.2＝1256MPa、δ5＝8％、aKU＝90J/cm2、HRC50。
实施例3
在实施例3中，首先将工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁和工业纯铝按照先后顺序加入到电炉中，加热原料使其全部熔化，控制炉内物料的温度在1690℃，维持11min出钢，该出钢温度1630℃；将上述钢水在温度1540℃浇注成钢锭，并且钢锭要在锭模中缓慢冷却到室温方可出模。锻造时钢锭的加热速度120℃/h，加热温度1280℃，始锻温度1250℃，终锻温度870℃。锻造后在锻件还没有冷却到300℃以前，直接将锻件加热到660℃保温5h，然后加热到940℃保温2h，后空冷。然后进行最终热处理：即先将锻件加热到920℃进行奥氏体化处理，然后将经过奥氏体化的钢直接浸入到温度为220℃盐浴中保温4h进行等温淬火处理，之后空冷到室温。再加热到360℃保温2h进行回火处理。熔炼后钢的化学成分(wt％)为：C 0.44、Mn 0.78、Al 1.22、W 0.38、Cr 0.42、Mo 0.65、Si 0.76、S 0.006、P 0.016、其余为Fe。锻件尺寸为160×200×2000mm，将锻件加工成辙叉心轨，并进行上道实际运行试验，过载量达到4.2亿吨。
Claims (3)
1.一种高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉，其特征在于：它的化学成分(wt％)是：C 0.42～0.55、Mn 0.5～0.9、Al 1.0～1.5、Cr 0.2～0.5、Mo 0.6～1.0、W 0.1～0.4、Si 0.5～0.8、S＜0.02、P＜0.02、其余为Fe，并且获得的钢的组织为贝氏体铁素体板条厚度为几十纳米和残余奥氏体薄膜厚度为十几纳米的复相纳米组织结构。
2.上述权利要求1所述的高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉的制造方法，其特征在于：
(1)向电炉内加入工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁、工业纯铝；
(2)加热原料使其全部熔化，控制炉内物料的温度在1650～1700℃，维持10～20min出钢，该出钢温度1620～1660℃；
(3)将上述钢水在温度1530～1580℃浇注成钢锭，并且钢锭要在锭模中缓慢冷却到室温方可出模；
(4)锻造时钢锭的加热速度≤120℃/h，加热温度1250～1300℃，始锻温度1220～1250℃，终锻温度≥850℃；
(5)锻造后在锻件还没有冷却到300℃以前，直接将锻件加热到640～670℃保温4～6h，然后加热到900～950℃保温2～3h，之后空冷；
(6)将锻件加热到900℃～950℃进行奥氏体化处理，然后将经过奥氏体化的钢浸入到200～300℃温度的盐浴中保温2～5h进行等温淬火处理；再将钢加热到330～380℃保温2～3h进行回火处理。
3.根据权利要求2所述的高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉的制造方法，其特征在于：合金及金属原料由先到后的加入顺序为：工业纯铁、钨铁、钼铁、铬铁、锰铁、工业纯铝。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102278612A CN101748331B (zh) | 2009-12-24 | 2009-12-24 | 高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102278612A CN101748331B (zh) | 2009-12-24 | 2009-12-24 | 高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101748331A CN101748331A (zh) | 2010-06-23 |
| CN101748331B true CN101748331B (zh) | 2011-08-24 |
Family
ID=42475941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009102278612A Expired - Fee Related CN101748331B (zh) | 2009-12-24 | 2009-12-24 | 高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101748331B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102409138B (zh) * | 2011-10-31 | 2013-05-22 | 芜湖山桥铁路器材有限公司 | 一种轨道辙叉用合金钢的制作工艺 |
| CN102953006B (zh) * | 2012-10-19 | 2014-08-06 | 燕山大学 | 整体硬贝氏体轴承钢及其制造方法 |
| CN102936700B (zh) * | 2012-10-30 | 2014-07-23 | 燕山大学 | 全贝氏体钢辙叉及其制造方法 |
| CN104294014B (zh) * | 2013-07-18 | 2016-12-28 | 首都航天机械公司 | 中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法 |
| CN104593664B (zh) * | 2014-11-13 | 2017-01-25 | 东北大学 | 热轧纳米贝氏体钢和其生产方法以及汽车大梁的制造方法 |
| CN106521350A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-03-22 | 河北工业大学 | 一种高韧性中高碳超细贝氏体钢的制备方法 |
| CN107675077B (zh) * | 2017-09-21 | 2019-01-29 | 燕山大学 | 一种中碳纳米贝氏体超高强度钢、钢棒及其制备方法 |
| CN108165890B (zh) * | 2018-01-09 | 2020-08-11 | 北京科技大学 | 一种低成本高强度纳米贝氏体耐磨钢球的制备方法 |
-
2009
- 2009-12-24 CN CN2009102278612A patent/CN101748331B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101748331A (zh) | 2010-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101748331B (zh) | 高铝纳米贝氏体钢高速铁路辙叉及其制造方法 | |
| CN102560258B (zh) | 一种低碳高硼铸造耐磨合金钢及其制备方法 | |
| CN100413990C (zh) | 铁路辙叉专用含钨贝氏体锻钢及其制造方法 | |
| CN107974636A (zh) | 一种高硬度高淬透性预硬化塑料模具钢及其制备方法 | |
| CN105112765A (zh) | 一种高抗冲击高铬铸铁板锤及其制备方法 | |
| CN101109059A (zh) | 一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢及其热处理工艺 | |
| CN104911501A (zh) | 一种超高强度高碳位错型马氏体钢及其制备方法 | |
| CN109457086A (zh) | 铌微合金化耐磨铸钢材料、其应用和制备方法 | |
| CN105695858B (zh) | 铁路辙叉用高碳超高硅贝氏体钢及其制备方法 | |
| CN104988425A (zh) | 一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢及其制备方法 | |
| CN102304672A (zh) | 一种中低合金耐磨钢及其制备方法 | |
| CN104694825A (zh) | 一种耐腐蚀铸造高碳钢及其制备方法 | |
| CN103952645B (zh) | 一种耐高温抗磨高锰钢及其制备方法 | |
| WO2019029533A1 (zh) | 铸钢、铸钢的制备方法及其应用 | |
| CN1865482A (zh) | 铁路辙叉专用含铝贝氏体锻钢 | |
| CN101117686A (zh) | 一种马贝耐磨钢 | |
| CN105463302B (zh) | 一种高硬度球墨铸铁锤头的制备方法 | |
| CN107460406A (zh) | 中碳高韧性超高强度特质钢及其生产方法 | |
| CN103710646A (zh) | 一种超硬低铬含量研磨体以及制造方法 | |
| CN103343289A (zh) | 一种高温抗磨铸钢及其制备方法 | |
| CN110106451A (zh) | 一种高硅中碳耐磨铸钢及其热处理方法 | |
| CN106244909A (zh) | 一种强化低铬合金铸件耐磨性能的铸造方法 | |
| CN100392140C (zh) | 铁路辙叉专用含钨铝贝氏体锻钢及其制造方法 | |
| CN105586536A (zh) | 一种高强度高韧性层状组织低碳马氏体钢及制备方法 | |
| CN106399866B (zh) | 一种含N、Al高强低合金耐磨钢 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110824 Termination date: 20131224 |