专利名称：贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于铁路道岔的一种贝氏体钢电渣熔铸(电渣焊)复合辙叉心轨；特别公开了一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺、结构及制作材料。
背景技术：
辙叉心轨是铁路道岔的关键部件，目前辙叉心轨的结构和制造工艺有三种1、铸造高锰钢辙叉现行的辙叉心轨多采用高锰钢整体铸造工艺，高锰钢整铸辙叉心轨具有整体性好、维护、维修方便的优点；但存在着以下主要缺点初始硬度低，导致道岔上路前期磨损严重；屈服强度低、接触疲劳性能差；膨胀系数大、焊接性差；限制了跨区间超长无缝线路的发展；铸造性能不好；在铁路运行提速的情况下，铁路道岔的磨损更加严重，其使用寿命更短，进而增大了维修工作量，而且直接影响行车安全。
2、焊接辙叉心轨随着高速铁路的发展，无缝线路的焊接愈来愈显得十分重要，而高锰钢与高碳钢轨的焊接仍属于国际性难题。宝鸡桥梁厂等单位利用闪光焊技术将锻造的贝氏体辙叉心与普通钢轨焊接形成辙叉心轨。这种贝氏体钢工艺性能良好，不易产生原始裂纹，强度好，韧性好；但其硬度偏高，易剥落掉块，且其薄弱环节在钢轨与过渡层界面处。由于界面的结合强度低，采用焊接工艺生产辙叉心轨的可靠性较低。
3、螺栓连接辙叉心轨由于现行的整体铸造辙叉心轨不能锻造，铸造状态下铸件缺陷不可避免，从而造成产品质量离散度大，使用寿命极不稳定；浙江贝尔有限公司利用锻造的贝氏体钢辙叉心，通过螺栓与两根普通钢轨进行紧固连接生产辙叉心轨。贝氏体钢辙叉心强度高、耐冲击、耐疲劳、耐磨性好，使用寿命长；但是，螺栓连接的辙叉心轨生产成本高，整体性能差，火车转轨时承受较大的冲击，影响火车运行速度；另外，维修的工作量也较大。
由上述可见，目前辙叉心轨所使用的材料为高锰钢和贝氏体钢，相比之下贝氏体钢的性能优于高锰钢，但目前所使用的贝氏体钢都是常用电炉熔炼的，其冶金质量相对较差，制作辙叉时的工艺及制作出的辙叉结构存在上述种种缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的缺点，本发明提供一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，一种高强度、高韧性、耐接触疲劳性能好、冶金质量高的贝氏体钢与钢轨电渣熔铸复合的整体辙叉心轨的制作工艺、结构及制作材料，以满足铁路重载负荷、运行高速的要求。
本发明采用的技术方案是一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其制作的工艺流程为备料→电渣熔铸复合→机加工→热处理→探伤→成品。
其备料过程是利用低碳废钢、铬铁、硅铁、钼铁、电解镍等进行配料，在中频感应电炉中冶炼辙叉心贝钢材料，用金属模浇注成满足使用要求的电极棒，修磨后待用；同时准备钢轨，即根据整体复合辙叉心轨的结构尺寸，将钢轨加工成符合尺寸要求的熔铸钢轨。
其电渣熔铸复合过程是在电渣炉中将钢轨固定于结晶器中，将配制好的熔渣浇铸到结晶器中，插入电极并通电升温，电极在结晶器中熔化成液滴，通过熔渣精炼，在高温熔渣和钢液的热作用下将钢轨复合面局部熔化，并在结晶器中由下而上逐步凝固，直至整个结晶器被合金钢液充满，最终将钢轨熔铸复合在一起，形成整体辙叉心轨毛坯；在此过程控制的参数为复合电压25-45v，复合电流2000-3000A，较佳的工艺控制参数复合电压30v，复合电流2500A。
机加工及探伤按照通常的方式根据需要进行。
其热处理过程为在卧式电阻炉中，将加工好的整体复合辙叉心轨加热至820-950℃，保温1-4小时，出炉冷却到室温，然后，在200-400℃进行回火处理，保温时间3-6小时；较佳的热处理工艺参数为奥氏体化温度910℃，保温2.5小时，回火温度300℃，回火时间4小时。
一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其是由无碳化物贝氏体钢辙叉心和钢轨即叉根轨复合组成的；其尖端部截面外轮廓呈矩形，上部两侧分别加工成与火车车轮踏轨缘形状相吻合的凹曲线形，叉根轨与贝氏体钢辙叉心结合区截面两侧为钢轨，由中间的贝氏体钢将两侧的钢轨融合在一起；整体辙叉心轨的后部为具有一定角度的两根钢轨即叉根轨。
一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余为Fe；其化学成分占的比例是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％，余为Fe；较佳成分为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，余为Fe。
一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其主要用于铁路道岔上。
本发明具有的优点及效果1、电渣重熔精炼贝氏体钢作为生产辙叉心轨的材料，其综合力学性能高，抗拉强度大于1320Mpa，延伸率大于9％，室温冲击韧性大于75J/cm2，硬度HRC38-45，断面收缩率大于50％。
2、辙叉心轨电渣熔铸贝氏体钢与钢轨完全为冶金熔融结合，结合面无夹渣，抗拉强度、硬度和冲击韧性均能满足钢轨的性能要求。
3、钢液洁净，夹杂少且细小、分布均匀，有利于提高辙叉心的力学性能和使用可靠性。
4、整体性能好，材质内在质量高，性能可靠，维修工作量小，生产成本低，性能价格比高。
图1为本发明贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨结构示意图；图2为图1沿A-A线剖视示意图；图3为图1沿B-B线剖视示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其制作的工艺流程为备料→电渣熔铸复合→机加工→热处理→探伤→成品。
实施例1一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其备料过程是利用低碳废钢、铬铁、硅铁、钼铁、电解镍等进行配料，在中频感应电炉中冶炼辙叉心贝钢材料，用金属模浇注成满足使用要求的电极棒，修磨后待用；同时准备钢轨，即根据整体复合辙叉心轨的结构尺寸，将钢轨加工成符合尺寸要求的熔铸钢轨。
其电渣熔铸复合过程是在电渣炉中将钢轨固定于结晶器中，将配制好的熔渣浇铸到结晶器中，插入电极并通电升温，电极在结晶器中熔化成液滴，通过熔渣精炼，在高温熔渣和钢液的热作用下将钢轨复合面局部熔化，并在结晶器中由下而上逐步凝固，直至整个结晶器被合金钢液充满，最终将钢轨熔铸复合在一起，形成整体辙叉心轨毛坯；在此过程控制的参数为复合电压25v，复合电流2000A。
机加工及探伤按照通常的方式根据需要进行。
其热处理过程为在卧式电阻炉中，将加工好的整体复合辙叉心轨加热至820℃，保温4小时，出炉冷却到室温，然后，在200℃进行回火处理，保温时间6小时。
实施例2一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其备料过程是利用低碳废钢、铬铁、硅铁、钼铁、电解镍等进行配料，在中频感应电炉中冶炼辙叉心贝钢材料，用金属模浇注成满足使用要求的电极棒，修磨后待用；同时准备钢轨，即根据整体复合辙叉心轨的结构尺寸，将钢轨加工成符合尺寸要求的熔铸钢轨。
其电渣熔铸复合过程是在电渣炉中将钢轨固定于结晶器中，将配制好的熔渣浇铸到结晶器中，插入电极并通电升温，电极在结晶器中熔化成液滴，通过熔渣精炼，在高温熔渣和钢液的热作用下将钢轨复合面局部熔化，并在结晶器中由下而上逐步凝固，直至整个结晶器被合金钢液充满，最终将钢轨熔铸复合在一起，形成整体辙叉心轨毛坯；在此过程控制的参数为复合电压45v，复合电流3000A，机加工及探伤按照通常的方式根据需要进行。
其热处理过程为在卧式电阻炉中，将加工好的整体复合辙叉心轨加热至950℃，保温1小时，出炉冷却到室温，然后，在400℃进行回火处理，保温时间3小时；较佳的热处理工艺参数为奥氏体化温度910℃，保温2.5小时，回火温度300℃，回火时间4小时。
实施例3一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其备料过程是利用低碳废钢、铬铁、硅铁、钼铁、电解镍等进行配料，在中频感应电炉中冶炼辙叉心贝钢材料，用金属模浇注成满足使用要求的电极棒，修磨后待用；同时准备钢轨，即根据整体复合辙叉心轨的结构尺寸，将钢轨加工成符合尺寸要求的熔铸钢轨。
其电渣熔铸复合过程是在电渣炉中将钢轨固定于结晶器中，将配制好的熔渣浇铸到结晶器中，插入电极并通电升温，电极在结晶器中熔化成液滴，通过熔渣精炼，在高温熔渣和钢液的热作用下将钢轨复合面局部熔化，并在结晶器中由下而上逐步凝固，直至整个结晶器被合金钢液充满，最终将钢轨熔铸复合在一起，形成整体辙叉心轨毛坯；在此过程控制的参数为复合电压305v，复合电流2500A。
机加工及探伤按照通常的方式根据需要进行。
其热处理过程为在卧式电阻炉中，将加工好的整体复合辙叉心轨加热至910℃，保温2.5小时，出炉冷却到室温，然后，在300℃进行回火处理，保温时间4小时。
在上述任一实施例情况下，如图1-3所示，一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其是由无碳化物贝氏体钢辙叉心1和钢轨2即叉根轨复合组成的；其尖端部3截面外轮廓呈矩形，上部4两侧分别加工成与火车车轮踏轨缘形状相吻合的凹曲线形5，叉根轨2与贝氏体钢辙叉心1结合区截面两侧为钢轨，由中间的贝氏体钢将两侧的钢轨融合在一起；整体辙叉心轨的后部6为具有一定角度的两根钢轨即叉根轨2。
在上述任一实施例情况下，一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余为Fe；实施例6在上述实施例1工艺下，一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其化学成分占的比例是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，余为Fe；实施例7
在上述实施例2工艺下，一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其化学成分占的比例是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，余为Fe；实施例8在上述实施例3工艺下，一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其化学成分占的比例是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，余为Fe。
本发明贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其主要用于铁路道岔上。
综上所述，是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其制作的工艺流程为备料→电渣熔铸复合→机加工→热处理→探伤→成品。
2.如权利要求1所述的贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其备料过程是利用低碳废钢、高碳铬铁、硅铁、钼铁、电解镍等进行配料，在中频感应电炉中冶炼辙叉心贝钢材料，用金属模浇注成满足使用要求的电极棒，修磨后待用；同时准备钢轨，即根据整体复合辙叉心轨的结构尺寸，将普通钢轨加工成符合尺寸要求的熔铸钢轨。
3.如权利要求1所述的贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其电渣熔铸复合过程是在电渣炉中将钢轨固定于结晶器中，将配制好的熔渣浇铸到结晶器中，插入电极并通电升温，电极在结晶器中熔化成液滴，通过熔渣精炼，在高温熔渣和钢液的热作用下将钢轨复合面局部熔化，并在结晶器中由下而上逐步凝固，直至整个结晶器被合金钢液充满，最终将钢轨熔铸复合在一起，形成整体辙叉心轨毛坯；在此过程控制的参数为复合电压25-45v，复合电流2000-3000A，较佳的工艺控制参数复合电压30v，复合电流2500A。
4.如权利要求1所述的贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是退火及机加工按照通常的方式根据需要进行。
5.如权利要求1所述的贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其热处理过程为在卧式电阻炉中，将加工好的整体复合辙叉心轨加热至820-950℃，保温1-4小时，出炉冷却到室温，然后，在200-400℃进行回火处理，保温时间3-6小时；较佳的热处理工艺参数为奥氏体化温度910℃，保温2.5小时，回火温度300℃，回火时间4小时。
6.一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其特征在于其是由无碳化物贝氏体钢辙叉心和钢轨即叉根轨复合组成的；其尖端部截面外轮廓呈矩形，上部两侧分别加工成与火车车轮踏轨缘形状相吻合的凹曲线形，叉根轨与贝氏体钢辙叉心结合区截面两侧为钢轨，由中间的贝氏体钢将两侧的钢轨融合在一起；整体辙叉心轨的后部为具有一定角度的两根普通钢轨即叉根轨。
7.一种制作权利要求1所述的贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，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，其余为Fe；其化学成分占的比例是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％，余为Fe；较佳成分为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，余为Fe。
8.一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其特征在于其主要用于铁路道岔上。
全文摘要
本发明公开了一种一种贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨的制作工艺，其特征是其制作的工艺流程为备料→电渣熔铸复合→机加工→热处理→探伤→成品；其结构为由无碳化物贝氏体钢辙叉心和普通钢轨即叉根轨复合组成的；其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、Ni，附以微量元素V和Nd，其余为Fe；本发明贝氏体钢电渣熔铸复合辙叉心轨，其主要用于铁路道岔上。
文档编号E01B7/00GK1416984SQ0215792
公开日2003年5月14日 申请日期2002年12月20日 优先权日2002年12月20日
发明者张绵胜, 刘金海, 刘经伟, 顾经文, 王振业, 刘根生, 王善超, 贾保利, 张绵栋 申请人:北京特冶工贸有限责任公司, 河北工业大学, 顾经文