一种适用于高原铁路活动式辙叉的新材质钢及制备方法和应用与流程
本发明属于钢铁和冶金，具体涉及一种新材质钢及其制备方法，以及其在制备活动式辙叉中的应用。
背景技术：
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，又可以分为固定式辙叉和活动式辙叉两类。活动式辙叉主要有长短心轨、翼轨、翼轨跟端用间隔铁、叉跟尖轨、长短心轨跟端用间隔铁等部件；其中，目前常见的长短心轨的轨型称为60at1，翼轨的轨型称为60ty1。活动式辙叉的可动心轨在翼轨框架范围内转换，消除了固定型辙叉存在轨线中断的有害空间，提高了列车运行的平顺性及容许通过速度，可延长辙叉使用寿命，减少养护维修工作量。
2、西藏地处世界上面积最大，海拔最高的青藏高原，是我国西南边陲的重要门户。已经通车、在建和规划的进藏铁路线有青藏线、川藏线、滇藏线、新藏线和甘藏线等五条，设计列车运行时速不断提高。采用活动式辙叉以提高过岔容许速度及旅客舒适度十分必要。但是，这些铁路线大都处于地质和气候条件复杂、环境脆弱敏感的高原。高寒、大温差、高湿、强紫外线等恶劣环境条件为高原铁路轨道结构的长期安全服役带来了前所未有的挑战。
3、用于制造活动式辙叉翼轨与心轨的钢轨牌号通常为u75v或u71mn。这两种钢轨均为平原地区普遍应用的成熟产品。然而，面对高原铁路高寒、大温差、高湿、强紫外线的气候条件以及活动断层、季节性冻土和频发地质灾害的地质条件，u75v或u71mn钢的综合服役性能无法满足高原铁路对铁路轨道高耐久、长寿化、少维修的性能需求。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提供一种特别适用于高原铁路活动式辙叉的新材质钢及其冶炼方法。本发明还提供该新材质钢在制备固定型辙叉的方法。
2、为此，本发明采用的如下的技术方案：
3、一种用于制造活动式辙叉的新材质钢，所述活动式辙叉包括60ty1钢轨和60at1钢轨；按质量百分比计，所述新材质钢由以下组分构成：
4、c：0.55～0.65％，si：0.15～0.58％，mn：0.50～1.00％，cr：0.15～0.50％，cu：0.15～0.50％，p≤0.025％，s≤0.025％，v≤0.12％，ni≤0.30％，nb≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
5、作为一个优选的实施方案，本发明提供的所述新材质钢，按质量百分比计，由以下组分构成：
6、c：0.60～0.65％，si：0.50～0.58％，mn：0.80～1.00％，cr：0.35～0.50％，cu：0.15～0.30％，p≤0.025％，s≤0.025％，v≤0.12％，ni≤0.30％，nb≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
7、优选地，所述新材质钢中，总氮含量[n]≤80ppm。
8、对于60ty1钢轨，所述新材质钢的氧含量不应大于20ppm；对于60at1钢轨，所述新材质钢的氧含量不应大于30ppm。
9、优选地，所述新材质钢中，总氢含量[h]≤0.2ppm。
10、上述氧含量和氢含量的测定方法均按照现行标准tb/t2344.2-2020中规定的方法进行。
11、本发明还有一个目的在于提供一种活动式辙叉的60at1钢轨制备方法，包括如下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→lf+rh精炼→连铸→钢坯加热→钢轨轧制→在线轨面热处理→矫直→探伤→机加工；其中铁水预处理步骤中，按照本发明所述新材质钢的组成备料；所述在线轨面热处理的工艺为：
12、利用钢轨轧后余热进行分段风冷热处理，当钢轨表面温度降至750±50℃时，对钢轨踏面中心、轨头两侧和轨底施加4～6℃/s的加速冷却，当钢轨表面温度降至500℃以下时，停止喷风加速冷却，自然空冷至室温。整体冷却过程的平均冷速控制在2.0～2.5℃/s。
13、优选地，所述在线轨面热处理工艺，当钢轨表面温度降至800℃时，对钢轨踏面中心、轨头两侧和轨底施加所述加速冷却。
14、由此，本发明还提供一种上述制备方法制备得到的60at1钢轨。
15、本发明还提供一种活动式辙叉的60ty1钢轨的制备方法，包括如下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→lf+rh精炼→连铸→钢坯加热→钢轨轧制→矫直→探伤→机加工→离线轨面热处理；其中铁水预处理步骤中，按照本发明所述新材质钢的组成备料；所述离线轨面热处理的工艺为：
16、采用离线热处理技术对4～5米范围内的轨头进行加热淬火：将1根完成断面尺寸加工的钢轨先以1.3～1.5℃/s的升温速率加热至800～900℃，随后进行以4～6℃/s的速度进行风冷，使轨头温度降低到500℃以下，最后进行自然空冷。
17、优选地，所述离线轨面热处理工艺，按照如下工艺对4米范围内的轨头进行轨面热处理：
18、将1根完成断面尺寸加工的钢轨吊运至淬火小车上，卡持牢固；小车牵引钢轨轨头以30～50cm/min的速度通过中频线圈的内腔，使钢轨轨头表面温度加热到840～940℃；红热的轨头随后进入风冷装置内冷却；待轨头冷却到500℃以下，将钢轨吊运至存料区自然空冷。
19、由此，本发明还提供一种上述制备方法制备得到的60yt1钢轨。
20、上述铁水预处理、转炉冶炼、lf+rh精炼、连铸和机加工均是本领域已经成熟的工艺，比如现行标准tb/t2344.2-2020中皆有相关描述与规定。再次将该标准全文引入本文。
21、本发明还有一个目的在于提供本发明所述60at1钢轨在制造活动式辙叉的心轨中的应用。
22、作为一个优选的实施方案，本发明提供本发明所述60at1钢轨在制造高原铁路活动式辙叉的心轨中的应用。
23、本发明还有一个目的在于提供本发明所述60ty1钢轨在制造活动式辙叉的翼轨中的应用。
24、作为一个优选的实施方案，本发明提供本发明所述60ty1钢轨在制造高原铁路活动式辙叉的翼轨中的应用。
25、此外，本发明还提供本发明所述60at1钢轨和60ty1钢轨在制造活动式辙叉中的应用，其中所述60at1钢轨用作活动式辙叉的心轨，所述60ty1钢轨用作活动式辙叉的翼轨。
26、作为一个优选的实施方案，本发明提供本发明所述60at1钢轨和60ty1钢轨在制造高原铁路活动式辙叉中的应用，中所述60at1钢轨用作活动式辙叉的心轨，所述60ty1钢轨用作活动式辙叉的翼轨。
27、所述高原铁路是指在平均海拔高度≥2500米的地区铺设的铁路，例如青藏铁路、川藏铁路、拉日铁路等
28、本发明新材质钢成分设计合理，碳含量为中碳钢成分范围。通过添加cr、cu、ni、nb等合金元素，通过多元合金元素的合理配比，同时结合本发明的轨面热处理工艺，达到固溶强化以提高强韧性的目的，同时满足高原铁路耐蚀、耐疲劳、抗断裂的性能需求。
29、其中，本发明制备的60at1钢轨，抗拉强度≥1080mpa，延伸率≥12％，-40℃低温断裂韧性≥35mpa·m1/2；与现有u71mn热轧钢轨相比，相对耐蚀性提高25％以上，耐磨使用寿命提高30％以上。而本发明制备的60ty1钢轨，轨头顶面中心线硬度达到332～342hb。
30、总之，本发明提供的用于活动式辙叉的60at1钢轨和60ty1钢轨，强韧性匹配良好，兼顾了钢轨磨耗与疲劳的竞争关系，大大减少了维修养护量。针对高原低温环境，提高了耐蚀性与抗断裂性能，以减少辙叉低温断裂的风险。综上，本发明的60at1钢轨和60ty1钢轨特别适宜铺设在需要耐久性高、维修工作量小的高原铁路。
技术特征：
1.一种用于制造活动式辙叉的新材质钢，所述活动式辙叉包括60ty1钢轨和60at1钢轨；按质量百分比计，所述新材质钢由以下组分构成：
2.根据权利要求1所述的所述新材质钢，其特征在于，按质量百分比计，所述新材质钢由以下组分构成：
3.根据权利要求1或2所述的新材质钢，其特征在于，所述新材质钢中，总氮含量[n]≤80ppm；
4.一种活动式辙叉的60at1钢轨制备方法，包括如下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→lf+rh精炼→连铸→钢坯加热→钢轨轧制→在线轨面热处理→矫直→探伤→机加工；其中铁水预处理步骤中，按照权利要求1或2所述的新材质钢的组成备料；所述在线轨面热处理的工艺为：
5.权利要求4所述的制备方法制备得到的60at1钢轨。
6.一种活动式辙叉的60ty1钢轨的制备方法，包括如下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→lf+rh精炼→连铸→钢坯加热→钢轨轧制→矫直→探伤→机加工→离线轨面热处理；其中铁水预处理步骤中，按照权利要求1或2所述的新材质钢的组成备料；所述离线轨面热处理的工艺为：
7.权利要求6所述的制备方法制备得到的60ty1钢轨。
8.权利要求5所述的60at1钢轨在制造活动式辙叉的心轨中的应用；
9.权利要求7所述的60ty1钢轨在制造活动式辙叉的翼轨中的应用；
10.权利要求5所述60at1钢轨和权利要求7所述的60ty1钢轨在制造活动式辙叉中的应用，其中所述60at1钢轨用作活动式辙叉的心轨，所述60ty1钢轨用作活动式辙叉的翼轨；
技术总结
本发明公开了一种用于制造活动式辙叉的新材质钢及由该新材质钢制备的60TY1钢轨和60AT1钢轨。按质量百分比计，所述新材质钢由以下组分构成：C：0.55～0.65％，Si：0.15～0.58％，Mn：0.50～1.00％，Cr：0.15～0.50％，Cu：0.15～0.50％，P≤0.025％，S≤0.025％，V≤0.12％，Ni≤0.30％，Nb≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明还提供所述60TY1钢轨和60AT1钢轨的制备方法及其应用，尤其是在制备高原铁路活动式辙叉中的应用。
技术研发人员：刘佳朋,石彤,吕晶,高彦嵩,许鑫
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23