【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁和冶金，具体涉及一种特别适于用作高原铁路固定型辙叉的新材质钢及制备方法。
技术介绍
1、辙叉是铁路轨道中的一个重要组件，其主要功能是使车轮能够从一股钢轨顺利转移到另一股钢轨上。按平面形式分，有直线辙叉和曲线辙叉两类；根据构造类型，可以分为固定型辙叉和可动心轨辙叉两类。固定型辙叉又分为整铸辙叉和钢轨组合式辙叉。目前固定型辙叉多采用高锰钢。为进一步提高辙叉用高锰钢的力学性能，各国利用mo、cr、ni、v等合金元素对高锰钢进行再合金化处理，使高锰钢的强度和耐磨性有一定提升。公开号cn114393181a的中国专利技术专利“一种超高强塑韧高锰钢及其拼装辙叉和制备方法”(公开日2022年4月26日)公开了一种适用于拼装辙叉的超高强塑韧高锰钢，其化学成分为：c：0.50～0.59％，n：0.10～0.18％，mn：15.0～17.0％，cr：6.0～7.0％，cu：0.3～0.5％，y：0.02～0.04％，p≤0.02％％，s≤0.02％％，余量为fe和不可避免的杂质。该专利申请还公开了电弧炉→aod炉→lf炉→浇铸的炼钢工艺，以及钢锭重熔→锻造→水韧处理的拼装辙叉的制造工艺。其制备的辙叉抗拉强度为1083mpa，屈服强度为501mpa，延伸率67.6％，室温冲击功297j；但是没有测定在-40℃的低温冲击功，也没有测定其耐腐蚀性能。
2、另外，对于采用铸造方式生产的传统高锰钢辙叉，铸造缺陷是导致高锰钢性能劣化的主要原因。目前大多研究都针对生产过程中的单一工序进行技术优化，无法从根本上解决由于铸造缺陷导致辙叉
3、高原地形地质和气候条件复杂，环境脆弱敏感。高寒、高湿、强辐射等恶劣环境条件为高原铁路轨道结构(包括辙叉)的长期安全服役带来了前所未有的挑战。
4、针对高原铁路复杂服役工况，传统高锰钢已难以满足耐磨、耐蚀与抗疲劳的综合使用要求。因此，亟需采用全新的成分体系设计及全流程制备技术，研发适用于高原铁路固定型辙叉的新材质钢，满足高原铁路辙叉的长寿化使用需求。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种新材质钢及其冶炼方法。本专利技术还提供该新材质钢制备固定型辙叉的方法。
2、为此，本专利技术采用的如下的技术方案：
3、一种高锰钢，按质量百分比计，由以下组分构成：
4、c：0.55～0.85％，si≤0.50％，mn：14.0～19.0％，p≤0.02％，s≤0.02％，cr：4.5～7.0％，n：0.15～0.30％，nb：0.02～0.10％，v：0.30～0.50％，余量为铁和不可避免的杂质。
5、优选地，所述高锰钢，按质量百分比计，由以下组分构成：
6、c：0.60～0.85％，si≤0.50％，mn：17.5～18.5％，p≤0.02％，s≤0.02％，cr：6.0～7.0％，n：0.15～0.30％，nb：0.02～0.10％，v：0.30～0.50％，余量为铁和不可避免的杂质。
7、本专利技术还有一个目的在于提供上述高锰钢的制备方法，包括如下步骤：
8、i.按照配比在电弧炉中加入废钢、电解锰、中碳铬铁、氮化铬铁、铌铁和钒铁，熔化，1600～1650℃出钢转入lf炉；
9、ii.在lf炉中对钢液进行精炼，在钢包底部向钢液吹入氮气；1430～1500℃精炼结束；
10、iii.出钢，将钢水倒入金属模中进行铸造，得到铸锭；
11、iv.1200±10℃下对铸锭进行高温均匀化退火处理10h以上，得到所述高锰钢。
12、在上述步骤ii中，在lf炉中利用底吹氮气的方式实现对钢液的净化、氮化以及成分的均匀化。
13、优选地，所述步骤ii中，氮气压力为0.3～0.4mpa，氮气吹入持续15～20min。
14、步骤iv的退火处理可以消除合金元素引起的成分偏析，可以消除成分不均匀性。
15、本专利技术还有一个目的在于提供上述高锰钢在制造固定型钢轨组合式辙叉部件中的应用。
16、作为一个优选的实施方案，本专利技术提供上述高锰钢在制造高原铁路固定型钢轨组合式辙叉部件中的应用。
17、所述高原铁路是指铺设在海拔高度≥1000米、相对高度≥500米的地区的铁路，例如川藏铁路、青藏铁路等。
18、优选地，所述固定型辙叉部件包括叉心、心轨和翼轨镶嵌块中的一种或多种。
19、因此，本专利技术还提供一种固定型辙叉的制备方法，采用本专利技术所述的高锰钢，包括如下步骤：
20、s1.对本专利技术所述高锰钢进行锻造，始锻温度1150℃，终锻温度不低于950℃，锻造比大于5，得到煅坯；
21、s2.对煅坯进行水韧处理：煅坯入炉后以≤60℃/h的速度加热至640～660℃，保温1.5～3h，然后以≤150℃/h的速度加热至1080～1120℃，保温1.5～4h，然后煅坯温度不低于1100℃情况下出炉水冷，煅坯从开启炉门至完全入水的时间控制在50s以内，水冷时间不少于1h；
22、s3.对经过步骤s2水韧处理的煅坯进行机械加工，得到固定型辙叉的叉心、心轨和翼轨镶嵌块中的一种或多种。
23、优选地，所述步骤s2中，所述煅坯入炉后在640～660℃下保温2h。
24、优选地，所述步骤s2中，所述煅坯在1080～1120℃下保温3h。
25、传统铸造高锰钢的碳含量一般在1.00～1.30％。与之相比，本专利技术采用降碳增氮增锰添铬的成分设计方案，大幅提高了材料的综合机械性能。
26、冶炼时利用lf炉钢包底吹氮气实现高锰钢的增氮，结合金属模铸实现稳氮效果。同时，钢包底吹氮气增氮工艺较氮化合金增氮工艺更洁净，不会给钢水带来杂质等污染物，处理成本低、操作安全可靠。锻造前对铸锭进行1200±10℃均匀化处理可以消除成分不均匀性。
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1.一种高锰钢，按质量百分比计，由以下组分构成：
2.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，所述高锰钢按质量百分比计，由以下组分构成：
3.权利要求1或2所述的高锰钢的制备方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤II中，氮气压力为0.3～0.4MPa，氮气吹入持续15～20min。
5.权利要求1或2所述的高锰钢或根据权利要求3或4所述的制备方法制备得到的高锰钢在制造固定型钢轨组合式辙叉部件中的应用；
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述固定型辙叉部件包括叉心、心轨和翼轨镶嵌块中的一种或多种。
7.一种固定型辙叉的制备方法，采用权利要求1或2所述的高锰钢或根据权利要求3或4所述的制备方法制备得到的高锰钢，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述煅坯入炉后在640～660℃下保温2h。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述煅坯在1080～1120℃下保温3h。>...
【技术特征摘要】
1.一种高锰钢，按质量百分比计，由以下组分构成：
2.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，所述高锰钢按质量百分比计，由以下组分构成：
3.权利要求1或2所述的高锰钢的制备方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤ii中，氮气压力为0.3～0.4mpa，氮气吹入持续15～20min。
5.权利要求1或2所述的高锰钢或根据权利要求3或4所述的制备方法制备得到的高锰钢在制造固定型钢轨组合式辙叉部件中的应用；
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晶，胡杰，石彤，张倩，冯博宇，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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