本發(fā)明涉及冶金制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種高鐵用含稀土焊接過渡鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年我國高速鐵路的快速發(fā)展以及高鐵國際市場的逐步開拓，使得我國高鐵焊接材料使用量激增。但由于鋼軌、高錳道岔等材料焊接性能較差，在高鐵上使用量大而且混合使用，使得其混合焊接技術(shù)及工藝成為世界性難題。高錳鋼和高碳鋼在化學成份、物理性能、力學性能的差異較大。高錳鋼焊接時，熱應力區(qū)容易析出碳化物，并且晶界上的富集的硫、磷也都會造成熱裂現(xiàn)象；而高碳鋼在焊接中由于淬硬現(xiàn)象，焊接應力大，也會導致冷裂紋的產(chǎn)生。因此這兩種材料所需的焊接工藝也有所區(qū)別。一般而言，對高錳鋼的焊接都采用水中焊接，焊后激冷的冷焊方式，而高碳鋼在焊接時一般需預熱到400℃以上，采用熱焊方式進行焊接。除了焊接工藝以外，這兩種材料的熱膨脹系數(shù)也具有較大差別，因此直接焊接也會造成大的應力變形，降低焊接接頭質(zhì)量。為解決上述問題，目前對高錳鋼和高碳鋼的混合焊接一般都會采用具有特定成份的焊接介質(zhì)。早期如奧地利(CN1058556A，AT-PS350881)采用含Nb或Ti的CrNi鋼，如X10CrNiTi189，X10CrNiNb189，X10CNiTi1810或X5CrNiNb1810。德國專利(DE-PS2962070)中提出采用含Ni合金，如普通CrNi鋼或含錳CrNi鋼作為連接材料?？紤]到雙相不銹鋼在受熱過程中不易發(fā)生晶粒長大和碳化物析出現(xiàn)象，同時其熔點、膨脹系數(shù)和導熱系數(shù)與對焊接要求較高的高錳鋼相近，燕山大學(CN1275463A)提出用CrMnNiMo系奧氏體-鐵素體雙相鋼作為連接介質(zhì)。為克服上述焊接介質(zhì)制造難題，降低生產(chǎn)成本，中鐵寶橋(CN101474713A)提出采用國標牌號的不銹鋼(0Cr18Ni12Mo2Ti)作為焊接介質(zhì)，成本低，實用性強。山東遠大模具材料有限公司(以下簡稱為山東遠大)在此基礎(chǔ)上增加了Ni含量，降低Mo含量，并在材料中增加了Ti，約束P≤0.02；S≤0.01(CN101748344A)。后者在制造過程中需經(jīng)過中頻冶煉、電渣重熔、退火、下料、鍛造、擴氫處理、固溶處理、機械加工等諸多道次最后成為合格的焊接介質(zhì)，山東遠大定義為焊接鋼。上述材料的焊接工藝均采用閃光焊方法進行焊接，在焊接過程中回避了溫度對焊接接頭質(zhì)量的影響，具有較高的焊接質(zhì)量，高效、快捷，但成本高，焊接設備便攜性差，難以滿足野外施工的需要。為適應我國國情，唐山鐵路道岔廠和哈爾濱工業(yè)大學(CN1442265A)聯(lián)合提出一種高碳鋼鋼軌與高錳鋼撤叉焊接工藝方法。他們針對鋼軌和撤叉的不同材料，分別在鋼軌側(cè)采用Cr-Ni-Mo焊材、在撤叉?zhèn)炔捎肕n-Cr-Ni焊材，在兩側(cè)分別用手工電阻焊堆焊，然后對堆焊焊接介質(zhì)進行焊接，以滿足連接鋼軌和撤叉的連接需求。但上述焊接介質(zhì)對焊接母材本身的焊接裂紋現(xiàn)象尚缺乏有效的抑制手段，并且焊材本身的制備手段或者難以滿足高鐵日益提高的接頭質(zhì)量要求，或者制造過程過于復雜，成本過高。焊接材料與焊接手段聯(lián)系緊密，靈活性差。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種可以適應多種焊接手段、適用于高錳鋼與高碳鋼連接的焊接介質(zhì)，以適應高鐵復雜運行環(huán)境，并且要求具有較高運行可靠性的使用需求。一種高鐵用含稀土焊接過渡鋼，主要包括成份配比及制造工藝，其特征在于：根據(jù)高鐵用鋼的特點，向焊接過渡鋼中引入稀土成份，其化學成分范圍為：C：0.05-0.2%、Si：≤0.5%、Cr：15-18%、Mn：2.0-6.0%、Ni：6-13%、Mo：0.7-1.2%、S+P：≤0.025%、稀土硅鐵：0.5-1.5%及余量為Fe。進一步地，所述的制造工藝采用真空感應熔煉原位鑄造方法，包括以下工藝步驟，根據(jù)化學成分配料-真空感應熔煉-真空原位鑄造-退火-下料-鍛造-固溶處理-機加工-檢驗，制備成為焊接過渡鋼成品。進一步地，所述的真空感應熔煉工藝主要1)采用真空熔煉及鑄造方法，真空度10-2-102Pa，回充惰性氣體至102-103Pa以降低Mn的揮發(fā)；2)采用工頻或中頻熔煉，以增加熔體攪拌，促進熔體溫度、成分均勻。進一步地，所述的原位鑄造方法1)澆鑄?；蛘甙脒B續(xù)鑄造的中間包置于同一真空腔中；2)根據(jù)鑄錠尺寸，可以選用單包或者多包感應熔煉并原位澆鑄；3)半連續(xù)鑄造采用中間包及水冷結(jié)晶器方案在真空腔室中成型，并可用下引法或水平連鑄方法在真空腔外引出鑄錠。一種高鐵用含稀土焊接過渡鋼制備方法，包括如下步驟：步驟一、根據(jù)化學成份確定配料方案，采用低S、P配料，純凈，大小適中料塊；步驟二、采用真空單包或多包感應熔煉鑄造方案，真空度滿足10-2-102Pa，根據(jù)鑄錠大小選擇單工位或多工位工頻或中頻感應熔煉，回充惰性氣體至102-103Pa以降低Mn的揮發(fā)；步驟三、裝料時大塊料靠坩堝壁，小塊在中間和底部，先以較小功率通電(40-60%)，10分鐘后，再用大功率，大部分熔化后加入少量造渣材料；步驟四、熔煉完成靜置，通過在坩堝出料口或中間包進料口處設置擋渣壩擋渣；步驟五、在同一真空艙中將精煉完成的鋼液按照設定澆鑄工藝澆入鑄?；蛘甙脒B續(xù)鑄造的中間包中，凝固成型。半連續(xù)鑄造法可通過下引法或者水平鑄造的方法引出真空腔，并在真空腔外進行二次冷卻；步驟六、經(jīng)退火，下料，鍛造，固溶處理以后，使其滿足焊接形狀及質(zhì)量要求。與現(xiàn)有處理技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明能夠?qū)﹄y以降解的對苯二甲酸進行回收，節(jié)約處理成本，結(jié)合了多效催化氧化和生物膜技術(shù)去除廢水中有機物，實現(xiàn)了硫酸鈉回用和純水回用，真正實現(xiàn)了全面梯級資源化。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例1中真空工頻冶煉及原位傾轉(zhuǎn)鑄造裝置示意圖。圖2是本發(fā)明實施例2中雙包真空冶煉及半連續(xù)鑄造裝置示意圖。具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例1真空工頻熔煉單包澆鑄（如圖1所示）焊接鋼成份配比：C：0.05-0.2%，Si：≤0.5%，Cr：15%，Mn：6.0%，Ni：6%，Mo：0.9%，S+P：≤0.025%，稀土硅鐵：1%，余量為Fe。熔煉原材料：純度不小于99.9%的電解Mn；電解Cr；純Ni板；純Mo棒，工業(yè)純鐵，稀土硅鐵。其中稀土硅鐵成份如表所示：SiFeMnTiCeLaPrNdSm40%20%5%3%15%8%3%5.1%0.9%焊接母材：鍛后高碳鋼：U71Mn，水韌處理高錳鋼：ZGMn13。真空冶煉：采用真空工頻冶煉，采用機械泵+羅茨泵組合抽真空至10-2Pa，回充惰性氣體至103Pa。熔煉坩堝使用堿性爐襯，使用前進行烘烤，烘烤溫度250-350℃，烘烤時間6-8小時。除電解錳、稀土硅鐵以外，其余原料放入爐中。工頻爐60%通電10分鐘后，滿功率升溫。至澆鑄溫度后保溫30分鐘，并保持攪拌狀態(tài)，確保熔體溫度及成分均勻。出爐前將電解錳和稀土硅鐵放入爐中。繼續(xù)保溫10分鐘，保持熔體溫度及成分均勻。出爐前取樣分析成份，當成份符合要求時，留樣后進行澆鑄。鑄造：鑄造設備與真空冶煉處于同一真空腔中，真空冶煉完成后，即進行原位傾轉(zhuǎn)澆鑄。澆鑄溫度1600-1650℃。模溫控制在200-400℃。鍛造熱處理：將鑄造成型鑄錠下料、保溫、后進行鍛造。始鍛溫度1100-1200℃，終鍛溫度900-950℃。鍛造完成后，進行固溶熱處理。機械加工：將熱處理完成原材料按待焊接工件外形加工成型，并清理干凈。檢驗：包括外形檢驗及性能檢驗。焊接工藝：在400℃預熱高碳鋼接頭與焊接鋼，進行常規(guī)電阻焊或閃光焊，再在另一端焊接高錳鋼，焊接過程中注意強制冷卻。實施例2真空中頻熔煉雙包半連續(xù)澆鑄（如圖2所示）焊接鋼成份配比：C：0.05-0.2%，Si：≤0.5%，Cr：15-18%，Mn：2.0-6.0%，Ni：6-13%，Mo：0.7-1.2%，S+P：≤0.025%，稀土硅鐵：0.5-1.5%，余量為Fe。熔煉原材料：純度不小于99.9%的電解Mn；電解Cr；純Ni板；純Mo棒，工業(yè)純鐵，稀土硅鐵。其中稀土硅鐵成份如表所示：SiFeMnTiCeLaPrNdSm40%20%5%3%15%8%3%5.1%0.9%焊接母材：鍛后高碳鋼：U71Mn，水韌處理高錳鋼：ZGMn13。真空冶煉：采用真空中頻爐冶煉，采用機械泵+羅茨泵組合抽真空至10-2Pa，回充惰性氣體至103Pa。熔煉坩堝使用堿性爐襯，使用前進行烘烤，烘烤溫度250-350℃，烘烤時間6-8小時。除電解錳、稀土硅鐵以外，其余原料放入爐中。中頻爐50%通電10分鐘后，滿功率升溫。至澆鑄溫度后保溫30分鐘，并保持攪拌狀態(tài)，確保熔體溫度及成分均勻。出爐前將電解錳和稀土硅鐵放入爐中。繼續(xù)保溫10分鐘，保持熔體溫度及成分均勻。出爐前取樣分析成份，當成份符合要求時，留樣后進行半連續(xù)澆鑄。半連續(xù)鑄造：半連續(xù)鑄造設備與真空冶煉處于同一真空腔中，真空冶煉完成后，即進行半連續(xù)澆鑄。澆鑄溫度1600-1650℃。半連續(xù)澆鑄結(jié)晶器水溫控制在40-60℃。鍛造熱處理：將鑄造成型鑄錠下料、保溫、后進行鍛造。始鍛溫度1100-1200℃，終鍛溫度900-950℃。鍛造完成后，進行固溶熱處理。機械加工：將熱處理完成原材料按待焊接工件外形加工成型，并清理干凈。檢驗：包括外形檢驗及性能檢驗。焊接工藝：在400℃預熱高碳鋼接頭與焊接鋼，進行常規(guī)電阻焊或閃光焊，再在另一端焊接高錳鋼，焊接過程中注意強制冷卻。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3