【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于化學冶金，具體涉及一種1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉及其制備工藝。
技術介紹
1、zgmn13已廣泛用于鐵路轍叉
，但隨著現代高速、重載鐵路的發展，傳統的高錳鋼轍叉由于強度較低導致其使用過程中變形和壓潰，已不能很好地滿足實際使用要求。因此，利用合金化提高高錳鋼轍叉的力學性能進而提高轍叉使用壽命是鐵路轍叉用高錳鋼發展的重要方向。
2、現有技術下，美國專利技術了一種利用細小碳氮化合物提高轍叉力學性能的ni、v、ti微合金化高錳鋼，使轍叉使用壽命得到顯著提高。這種微合金化高錳鋼的成分(wt％)為：mn11.0-24.0、c1.0-1.4、si≥1、cr≥1.9、ni≥0.25、mo≥1.0、al≥0.2、cu≥0.25、雜質p≤0.07、s≤0.06、微合金ti、nb、v的加入量分別約為0.020-0.070，n大約為0.001-0.01，并且微合金化元素ti+nb+v+n的總和不小于0.05％，不超過0.22％。
3、加拿大通過向高錳鋼中加入v以提高其力學性能，高錳鋼的硬度隨v含量的增加而增高，耐磨性能在v含量為2％時最佳，其耐磨性達到普通高錳鋼的5倍。
4、歐洲標準的轍叉用高錳鋼成分(wt％)為：c0.95-1.3、si≤0.65、mn11.5-14、ni≤1.75、mo≤0.75、cr≤0.5、cu≤0.3、al≤0.045、p≤0.05、s≤0.03，實際上也包含了合金化的設計理念。
5、雖然合金化元素的增加可以顯著提高高錳鋼的屈服強度，但合金化元素的加
6、不僅如此，由于現有技術下的的鑄造高錳鋼轍叉內部還存在縮孔、縮松等鑄造缺陷及晶粒粗大的問題，這些缺陷及粗大晶粒也會對轍叉服役壽命產生不利影響，損害轍叉性能，降低其使用壽命。因此，采用鍛造工藝制造高錳鋼轍叉就成為一種必然的選擇。但是，傳統高錳鋼的鍛造工藝窗口較小，導致實際生產過程中工藝實施難度較大。因此，如何基于合金化及微合金化細化組織的技術思路開發寬工藝窗口的轍叉用鍛造高錳鋼合金體系及其鍛造工藝具有重要意義。對此，現提出如下技術方案。
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題：提供一種1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉及其制備工藝，實現如何基于合金化及微合金化細化組織的技術思路開發寬工藝窗口的轍叉用鍛造高錳鋼合金體系及其鍛造工藝。
2、本專利技術采用的技術方案：一種1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.0～1.3、mn：12.0～14.0、cr：0.5～6.0、mo：0.4～3.0、v：0.15～0.50、si：0.3～0.8、ni：0.5～4.0、al：0.02～0.05、n：0.008～0.035、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
3、上述技術方案中，作為一種優選技術方案：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.13、mn：12.1、cr：0.52、mo：0.4、v：0.35、si：0.35、ni：0.53、al：0.022、n：0.0085、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
4、上述技術方案中，作為一種優選技術方案：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.01、mn：13.6、cr：5.5、mo：2.4、v：0.48、si：0.75、ni：3.93、al：0.042、n：0.035、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
5、上述技術方案中，作為一種優選技術方案：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.29、mn：13.8、cr：0.52、mo：
6、2.93、v：0.25、si：0.52、ni：3.96、al：0.035、n：0.0028、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
7、上述技術方案中，作為一種優選技術方案：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.17、mn：12.9、cr：3.24、mo：
8、1.46、v：0.17、si：0.37、ni：1.53、al：0.026、n：0.0135、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
9、上述技術方案中，所述合金化鍛造高錳鋼轍叉屈服強度≥450mpa，抗拉強度≥1100mpa，延伸率≥70％，沖擊值(aku)≥320j。
10、本專利技術還請求保護一種1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉的制備工藝：通過控制cr、mo、v和ni在高錳鋼中的含量從而避免微合金化的不利因素；通過合金耦合設計調控材料的層錯能以提高合金的應變硬化能力，從而提升材料的抗拉強度和延伸率；同時基于al+n微合金化結合鍛造制備工藝細化晶粒，提升材料屈服強度。
11、上述技術方案中，所述鍛造制備工藝包括如下步驟：
12、步驟1、合金的冶煉及鑄坯質量控制步驟；
13、步驟2、轍叉的鍛造加工步驟；
14、步驟3、轍叉的熱處理步驟；
15、步驟4、轍叉的機加工步驟。
16、上述技術方案中，步驟1中：采用電爐煉鋼并進行lf精煉和vd脫氣處理，利用含氮cr鐵增加鋼液中n含量，鋼液中o含量控制在20ppm以下；通過控o減少al2o3夾雜物含量，通過增n促進al與n結合形成彌散aln顆粒以細化晶粒；接著，采用模鑄或連鑄澆鑄成所需尺寸規格的鑄坯，并將鑄坯緩慢冷卻至室溫(冷速≤100℃/小時)用于防鑄坯開裂。
17、上述技術方案中，步驟2中：將鑄坯以≤50℃/小時的升溫速度加熱至600℃并保溫2～5小時，再以≤200℃/小時升溫速度加熱至1100～1200℃并保溫1～3小時；然后將加熱后的坯料出爐鍛造成轍叉毛坯，鍛造比≥3.5，終鍛溫度≥900℃，且在900～1000℃溫度范圍內鍛造比≥1.5，然后將鍛坯緩慢冷卻(冷速≤100℃/小時)至室溫。
18、其中，將鑄坯以≤200℃/小時升溫速度加熱至1100～1200℃并保溫1～3小時用于保證鑄坯中aln充分溶解，同時又避免過燒；控制鍛造比用于保證材料致密化及組織細化；在900～1000℃溫度范圍內鍛造比≥1.5用于促進變形誘導aln彌散析出，從而實現組織細化。
19、上述技術方案中，步驟3中：將步驟2得到的鍛坯以≤100℃/小時的升溫速度加熱至600℃并保溫1小時，再以≤200℃/小時升溫速度加熱至950～1100℃并保溫1.5～10小時后進行水韌處理，工件入水溫度≥900℃，待工件溫度≤400℃時出水并自然冷卻至室溫。
20、其中，合金化設計增大了熱處理工藝窗口，將水韌處理中工件入水的最低溫度降低至900℃，同時出水溫度提高至400℃，用于減小工藝實施過程的操作難度。
21、上述技本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為C：1.0～1.3、Mn：12.0～14.0、Cr：0.5～6.0、Mo：0.4～3.0、V：0.15～0.50、Si：0.3～0.8、Ni：0.5～4.0、Al：0.02～0.05、N：0.008～0.035、P：≦0.045、S：≦0.03，其余為Fe。
2.根據權利要求1所述的1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為C：1.13、Mn：12.1、Cr：0.52、Mo：0.4、V：0.35、Si：0.35、Ni：0.53、Al：0.022、N：0.0085、P：≦0.045、S：≦0.03，其余為Fe。
3.根據權利要求1所述的1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為C：1.01、Mn：13.6、Cr：5.5、Mo：2.4、V：0.48、Si：0.75、Ni：3.93、Al：0.042、N：0.035、P：≦0.045、S：≦0.03，其余
4.根據權利要求1所述的1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為C：1.29、Mn：13.8、Cr：0.52、Mo：2.93、V：0.25、Si：0.52、Ni：3.96、Al：0.035、N：0.0028、P：≦0.045、S：≦0.03，其余為Fe。
5.根據權利要求1所述的1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為C：1.17、Mn：12.9、Cr：3.24、Mo：1.46、V：0.17、Si：0.37、Ni：1.53、Al：0.026、N：0.0135、P：≦0.045、S：≦0.03，其余為Fe。
6.根據權利要求1所述的1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉屈服強度≥450MPa，抗拉強度≥1100MPa，延伸率≥70％，沖擊值(AKU)≥320J。
7.一種如權利要求1-6任一所述的1100MPa級合金化鍛造高錳鋼轍叉的制備工藝，其特征在于：通過控制Cr、Mo、V和Ni在高錳鋼中的含量從而避免微合金化的不利因素；通過合金耦合設計調控材料的層錯能以提高合金的應變硬化能力，從而提升材料的抗拉強度和延伸率；同時基于Al+N微合金化結合鍛造制備工藝細化晶粒，提升材料屈服強度。
8.根據權利要求6所述的制備工藝，其特征在于：所述鍛造制備工藝包括如下步驟：
9.根據權利要求8所述的制備工藝，其特征在于：
10.根據權利要求8所述的制備工藝，其特征在于：
11.根據權利要求8所述的制備工藝，其特征在于：
12.根據權利要求8所述的制備工藝，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.一種1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.0～1.3、mn：12.0～14.0、cr：0.5～6.0、mo：0.4～3.0、v：0.15～0.50、si：0.3～0.8、ni：0.5～4.0、al：0.02～0.05、n：0.008～0.035、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
2.根據權利要求1所述的1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.13、mn：12.1、cr：0.52、mo：0.4、v：0.35、si：0.35、ni：0.53、al：0.022、n：0.0085、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
3.根據權利要求1所述的1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.01、mn：13.6、cr：5.5、mo：2.4、v：0.48、si：0.75、ni：3.93、al：0.042、n：0.035、p：≦0.045、s：≦0.03，其余為fe。
4.根據權利要求1所述的1100mpa級合金化鍛造高錳鋼轍叉，其特征在于：所述合金化鍛造高錳鋼轍叉的化學組成(wt％)為c：1.29、mn：13.8、cr：0.52、mo：2.93、v：0.25、si：0.52、ni：3.96、al：0.035、n：...
【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴安寧，施慶峰，高尚君，閆旭輝，孫俊杰，
申請(專利權)人：中鐵寶橋集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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