专利摘要

本发明涉及高锰钢整铸辙叉的制造技术，具体地说是一种长寿命、细晶化的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺方法。它适用于2吨以下，各种型号和规格的高锰钢整铸辙叉的制造过程。包括：1)冒口采用保温冒口；2)钢水高温出炉，出炉后在精炼包内进行吹氩气、喂丝精炼；3)在精炼包内进行微合金化，添加钼、铌、钒、钛；4)浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注；5)采用热打箱工艺，并热割冒口，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理。本发明通过氩气保护减少了金属液的氧化，在精炼包内精炼使金属液纯净化，同时微合金化细化晶粒、弥散夹杂物分布。从而，解决了高锰钢整铸辙叉晶粒粗大、缩孔、微裂纹、使用寿命短等问题。

权利要求

1、一种长寿命、细晶化的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)冒口采用保温冒口，冒口高径比为2.5～3.5∶1.0；

2)钢水高温出炉，出炉温度为1600±25℃，在精炼包中进行炉外吹氩气精炼，严格控制磷、硫含量，P≤0.025％，S≤0.010％；

3)在精炼包内进行微合金化，添加加入钼、铌、钒、钛，加入量分别是钢水重量的0.10～0.05％；

4)精炼包内微合金化温度1560±20℃，浇注温度为1500±25℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注；

5)采用热打箱工艺，铸件浇注结束后，铸件完全凝固后20～60min内打箱；并热割冒口，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理，均匀化温度为1050±10℃，保温时间为4～6h。

2、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤1)，保温冒口为圆柱型，保温冒口壁厚≥25mm。

3、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤2)精炼过程中，氩气压力为0.1～0.5MPa，压力管道内径Ф10～20mm，吹氩时间0.5～1分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的0.3～1％。

4、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤3)，在精炼包内加入的合金为普通钼铁、铌铁、钒铁和钛铁。

5、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤3)，精炼包内添加的合金尺寸应控制在15～25mm之内的块状结构。

6、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤4)，合金添加到精炼包之前应烘烤到120～150℃，烘烤20～40min。

7、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤4)，合金化时，应将合金均匀放置在精炼包的中下部。

8、按照权利要求1所述的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺，其特征在于：所述步骤5)，采用热打箱工艺，打箱时铸件本体温度不低于700℃，热割冒口温度不低于500℃。

说明书

技术领域

本发明涉及高锰钢整铸辙叉的制造技术，具体地说是一种长寿命、细晶化的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺方法。它适用于2吨以下，各种型号和规格的高锰钢整铸辙叉的制造过程。

背景技术

铁路是国家经济发展的大动脉，承担着大量的旅客运输和货物运输任务。铁路高效安全运营，轨道是保障，而铁路道岔是铁路轨道的关键件，也是易损件。我国是世界铁路运量、密度较大的国家之一，道岔数量平均为1.1～1.8组/Km，全路道岔15万组以上，其中正线60kg/m钢轨道岔3.35万组。辙叉是道岔的主要组成部分，辙叉与轧制的钢轨连接形成道岔的核心部分。因此，辙叉是道岔的主要组成部分。目前，铁路线路上的辙叉95％采用整铸的高锰钢铸件，目前传统铁路道岔的使用寿命平均只有1亿吨左右过货量，干线铁路的道岔大约每年更换一次，而大秦线等电煤线路道岔每3～4个月更换一次，严重影响了我国铁路系统的高效、安全运营。

高锰钢的研究具有150多年的历史，具有耐磨性好、韧性高的特点，与其它钢种相比，抗裂性强，安全稳定，是最适合制造铁路道岔的钢种。但是高锰钢在冶炼、铸造、热处理过程中的传统工艺技术落后，导致道岔制造过程中晶粒粗大、夹杂物含量高、疏松和显微裂纹缺陷严重，热处理工艺不当碳化物析出严重，在使用过程中，初期磨耗快，这些问题影响了高锰钢道岔的使用寿命。通过本发明生产的高锰钢整铸辙叉具有强度高、寿命长等优点，满足我国铁路建设高速化和重载化的战略需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长寿命、细晶化的高锰钢整铸辙叉铸件的铸造工艺方法，解决了高锰钢整铸辙叉铸件晶粒粗大、缩孔、微裂纹等问题，生产出了晶粒细化、强度高、使用寿命长的高锰钢整铸辙叉；采用先进的精炼技术与合金化技术改善了材料性能，铁路高锰钢整铸辙叉力学性能有了很大提高，σb≥910MPa，ak≥190J/cm²，δ≥46％。

本发明的技术方案是：

本发明开发了一种长寿命、细晶化高锰钢整铸辙叉的铸造工艺方法，包括如下步骤：

1)冒口采用保温冒口，冒口高径比为(2.5～3.5)∶1.0；

2)钢水高温出炉，出炉温度为1600±25℃，在精炼包中进行炉外吹氩气精炼，严格控制磷、硫含量，P≤0.025％，S≤0.010％；

3)在精炼包内进行微合金化，添加钼、铌、钒、钛，加入量分别是钢水重量的0.10～0.05％；

4)精炼包内微合金化温度1560±20℃，浇注温度为1500±25℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注；

5)采用热打箱工艺，铸件浇注结束后，铸件完全凝固后20～60min内打箱；并热割冒口，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理，均匀化温度为1050±10℃，保温时间为4～6h。

所述步骤1)，保温冒口为圆柱型，保温冒口壁厚≥25mm。

所述步骤2)，精炼过程中，氩气压力为0.1～0.5MPa，压力管道内径Φ10～20mm，吹氩时间0.5～1分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的0.3～1％。

所述步骤3)，在精炼包内加入的合金为普通钼铁、铌铁、钒铁和钛铁。

所述步骤3)，精炼包内添加的合金尺寸应控制在15～25mm之内的块状结构。

所述步骤4)，合金添加到精炼包之前应烘烤到120～150℃，烘烤20～40min。

所述步骤4)，合金化时，应将合金均匀放置在精炼包的中下部，严禁将投仍合金。

所述步骤5)，采用热打箱工艺，打箱时铸件本体温度不低于700℃，热割冒口温度不低于500℃。

本发明适用于2吨以下，各种型号和规格的高锰钢整铸辙叉的制造过程。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明通过高温出炉，通过吹氩、喂丝等技术减少了金属液中的气体与夹杂物，使金属液纯净化，显著提高高锰钢整铸辙叉的质量。

2.本发明通过对高锰钢进行合金化，显著细化了高锰钢铸件的晶粒，同时减少夹杂物尺寸，使夹杂物呈弥散分布，同时有利于抑制晶界碳化物的析出，显著提高了铸件质量。

3.本发明通过型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注，显著减轻了高锰钢整铸辙叉的二次氧化，大大减轻铸件中的二次夹杂物。

4.高锰钢整铸辙叉由于晶粒粗大，缩孔、疏松等铸造缺陷，在使用过程中，很容易磨损，一般情况下，高锰钢整铸辙叉的货物通过总重量不超过1.2亿吨。采用本发明细晶化的高锰钢整铸辙叉货物通过总重量可以达到2亿吨。因此，该技术得到了铁路用户的充分肯定。

附图说明

图1为高锰钢整铸辙叉铸造工艺示意图；其中，1为浇口，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12为铸件的保温冒口，13为横浇道。

图2为普通高锰钢整铸辙叉铸件中夹杂物分布状况。

图3为通过本发明获得高锰钢整铸辙叉铸件中夹杂物分布状况。

图4(a)-图4(b)为普通高锰钢整铸辙叉铸件晶粒分布状况；其中，图4(a)为普通高锰钢整铸辙叉铸件根部晶粒分布状况图；图4(b)为普通高锰钢整铸辙叉铸件中间部位晶粒分布状况图。

图5(a)-图5(b)为通过本发明获得高锰钢整铸辙叉铸件晶粒分布状况；其中，图5(a)为通过本发明获得高锰钢整铸辙叉铸件根部晶粒分布状况图；图5(b)为通过本发明获得高锰钢整铸辙叉铸件中间部位晶粒分布状况图。

图6(a)-图6(b)为通过本发明生产的高锰钢辙叉示意图；其中，图6(a)为高锰钢整铸辙叉的正面示意图；图6(b)为高锰钢整铸辙叉的背面示意图。

具体实施方式

本发明一种长寿命、细晶化高锰钢整铸铸件制造方法具体操作如下：

1)材料准备：普通钼铁、铌铁、钒铁和钛铁，合金尺寸在15～25mm的块状结构，合金添加到精炼包之前应烘烤到120～150℃，烘烤20～40min。

2)设备准备：专用投放微合金投掷工具以及烘烤设备。

3)钢水冶炼：钢水高温出炉，出炉温度为1600±25℃，在精炼包中进行炉外吹氩气精炼，严格控制磷、硫含量，P≤0.025％，S≤0.010％。

精炼过程中，氩气压力为0.1～0.5MPa，压力管道内径Φ10～20mm，吹氩时间0.5～1分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的0.3～1％，喂丝为精炼常用的Si-Ca丝，其作用是脱氧、精炼。

4)严格控制浇注温度，浇注温度为1500±25℃。高锰钢辙叉在选择浇注温度时，尺寸短小的整铸辙叉浇注温度取下限，尺寸较大的复杂整铸辙叉浇注温度取上限。

5)微合金加入量：在精炼时添加元素重量含量为0.05～0.1％、精炼温度1560±20℃。

6)微合金加入方法：应用投掷漏斗将合金均匀放置在精炼包的中下部，均匀放置，严禁将投仍合金。

7)铸件处理：采用热打箱工艺，为了减少铸件的拉应力，打箱时铸件温度不低于700℃。采用气割方法进行热割冒口，切割温度不低于500℃，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理，均匀化温度为1050±10℃，保温时间为4～6h。

下面结合附图及实施例详述本发明。

实施例1

钢水出炉温度为1590℃，浇注金属液重量10.1吨，在精炼包中进行精炼，精炼过程中，氩气压力为0.2MPa，压力管道内径Φ10mm，吹氩时间1分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的0.4％，喂丝为精炼常用的Si-Ca丝。除去夹杂后在1550℃温度下进行微合金化，添加钼、铌、钒、钛，加入元素重量比分别是0.05％。浇注辙叉5颗，辙叉铸造工艺示意图如图1所示，浇口1及与浇口1连通的横浇道13位于铸件一侧，在铸件顶部需要补缩的位置设置保温冒口2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。浇注温度1490℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注，采用高径比为2.5∶1的保温冒口，保温冒口壁厚30mm，冒口高度为250mm。铸件采用热打箱工艺，铸件完全凝固后20～60min内打箱，用气割方法进行热割冒口，热割冒口温度500℃，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理，均匀化温度为1050℃，保温时间为4.5h。主要采用了高温出炉，有利于金属液的合金化以及精炼工艺。利用计算机模拟手段合理地设计了冒口形状以及冒口位置。在精炼包内进行微合金化，细化铸件晶粒，减少夹杂物尺寸以及弥散夹杂物分布，提高铸件质量。高锰钢辙叉铸件在浇口端有几处砂眼，并存有气孔，但这些缺陷都在铸件的加工范围之内，属可去除缺陷。加工后的铸件经过探伤没有缺陷，铸件质量良好。

本实施例中，合金最终成分如下：C：1.1％；Si：0.46％；Mn：12.8％；Mo：0.05％；Nb：0.051％；V：0.053％：Ti：0.052％；S：0.008％；P：0.022％；Al：0.012％；其余为Fe。

本发明中，采用计算机模拟手段合理地设计了冒口形状以及冒口位置。“计算机模拟技术”可参见：中国发明专利申请(公开号：CN 1388444A)提及的一种铸件充型过程模拟方法。以及，中国发明专利申请(公开号：200810011501.4)提及的一种高锰钢铸件细晶化铸造工艺方法。

本发明采用微合金化以及精炼工艺，高锰钢整铸辙叉铸件夹杂物尺寸显著减小，铸件的纯净化显著提高，图2为普通工艺生产的辙叉夹杂物分布，夹杂物尺寸大，分布不均匀。图3为采用本发明生产的高锰钢辙叉夹杂物分布情况，夹杂物细小，弥散分布。此外铸件的晶粒尺寸显著降低，晶粒均匀。从而使高锰钢铸件的性能得到显著提高，σb≥910MPa，ak≥190J/cm²，δ≥46％。图4(a)-图4(b)为普通工艺生产的辙叉铸件晶粒形貌，晶粒粗大。图5(a)-图5(b)为采用本发明生产的细晶化铸件晶粒形貌，晶粒细小、均匀。

实施例2

钢水出炉温度为1600℃，浇注金属液重量10.3吨，在精炼包中进行精炼，精炼过程中，氩气压力为0.3MPa，压力管道内径Φ15mm，吹氩时间0.6分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的0.5％，喂丝为精炼常用的Si-Ca丝。除去夹杂后在1560℃温度下进行微合金化，添加钼、铌、钒、钛，加入元素重量比分别是0.08％。浇注辙叉5颗，辙叉铸造工艺示意图如图1所示。浇注温度1500℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注，采用高径比为3∶1的保温冒口，保温冒口壁厚35mm，冒口高度220mm。铸件采用热打箱工艺，铸件完全凝固后20～60min内打箱，用气割方法进行热割冒口，热割冒口温度550℃，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理，均匀化温度为1040℃，保温时间为5h。主要采用了高温出炉，有利于金属液的合金化以及精炼工艺。利用计算机模拟手段合理地设计了冒口形状以及冒口位置。在精炼包内进行微合金化，细化铸件晶粒，减少夹杂物尺寸以及弥散夹杂物分布，提高铸件质量。高锰钢辙叉铸件在浇口端与末端有几处砂眼，但这些缺陷都在铸件的加工范围之内，属可去除缺陷。

本实施例中，合金最终成分如下：C：1.05％；Si：0.44％；Mn：13.2％；Mo：0.078％；Nb：0.082％；V：0.083％：Ti：0.084％；S：0.007％；P：0.021％；Al：0.013％；其余为Fe。

实施例3

钢水出炉温度为1610℃，浇注金属液重量10.2吨，在精炼包中进行精炼，精炼过程中，氩气压力为0.5MPa，压力管道内径Φ20mm，吹氩时间0.5分钟/吨钢水，喂丝量为浇注钢水总重量的1％，喂丝为精炼常用的Si-Ca丝。除去夹杂后在1570℃温度下进行微合金化，添加钼、铌、钒、钛，加入元素重量比分别是0.1％。浇注辙叉5颗，辙叉铸造工艺示意图如图1所示。浇注温度1480℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注，采用高径比为3.5∶1的保温冒口，保温冒口壁厚40mm，冒口高度230mm。铸件采用热打箱工艺，铸件完全凝固后20～60min内打箱，用气割方法进行热割冒口，热割冒口温度530℃，切割后热送进入热处理窑，进行均匀化处理，均匀化温度为1060℃，保温时间为4h。主要采用了高温出炉，有利于金属液的合金化以及精炼工艺。利用计算机模拟手段合理地设计了冒口形状以及冒口位置。在精炼包内进行微合金化，细化铸件晶粒，减少夹杂物尺寸以及弥散夹杂物分布，提高铸件质量。高锰钢辙叉铸件表面，次表面均没有发现夹杂，铸件表面质量良好。铸件经过探伤，未发现缺陷，铸件质量完好。

本实施例中，合金最终成分如下：C：1.04％；Si：0.45％；Mn：13.2％；Mo：0.09％；Nb：0.10％；V：0.12％：Ti：0.11％；S：0.009％；P：0.021％；Al：0.013％；其余为Fe。

本发明工作过程及结果：

由于本发明采用在冶炼过程中进行了炉外精炼和合金化，减少了金属液中的夹杂与气体，在浇注过程中进行氩气保护，减少了铸件中的二次夹杂物，保证了金属液的纯净；利用计算机模拟技术设计的冒口有效地起到了补缩作用，消除了铸件中的缩孔、裂纹等缺陷，生产出了没有任何缺陷的高性能铸件，见图6(a)-图6(b)。

一种长寿命、细晶化的高锰钢整铸辙叉的铸造工艺专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。