本發(fā)明屬于金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種不銹鋼碳鋼雙金屬復(fù)合高鐵道岔用復(fù)合鋼材及其制備工藝。

背景技術(shù)：

隨著鐵路高速的發(fā)展，鐵路高的運(yùn)輸強(qiáng)度和低的軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的矛盾日益突出，作為軌道三大薄弱環(huán)節(jié)之一的道岔，是軌道的重要組成部分，其技術(shù)性能、質(zhì)量，已成為強(qiáng)化軌道結(jié)構(gòu)、提高列車行車速度以及運(yùn)輸安全的關(guān)鍵性的限制因素。道岔與枕木結(jié)合處工況條件惡劣，不但受到強(qiáng)烈的沖擊，還收到自然環(huán)境因素的影響，如雨雪泥漿弱腐蝕性介質(zhì)影響，因此道岔需要具有良好的耐蝕性、耐磨性和綜合力學(xué)性能。

馬氏體不銹鋼1Cr13，淬透性好，具有較高的硬度、韌性，較好的耐蝕性，熱強(qiáng)性和冷變形性，以及良好的機(jī)械加工性，金相組織特征為馬氏體型。常用于制作抗弱腐蝕介質(zhì)、耐磨損并承受載荷的零件，如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、螺栓、螺母等，由于Cr含量較高，所以1Cr13的造價(jià)昂貴。

35鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，有良好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，工藝性能好，大多在正火狀態(tài)和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，其組織特征為：鐵素體+珠光體。35碳鋼廣泛用于制造各種鍛件和熱壓件、冷拉和頂鍛鋼材，無縫鋼管、機(jī)械制造中的零件，如曲軸、轉(zhuǎn)軸、軸銷、杠桿等，價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

對(duì)1Cr13不銹鋼和不同成分碳鋼的進(jìn)行復(fù)合澆注研究，以提高材料的性能，是本領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種不銹鋼碳鋼雙金屬復(fù)合高鐵道岔用復(fù)合鋼材及其制備工藝。

為了解決上述技術(shù)問題，發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種不銹鋼碳鋼雙金屬高鐵復(fù)合道岔用鋼的制備工藝，包括以下步驟：

步驟一、選取不銹鋼和碳鋼，并將選取的不銹鋼碳鋼放入真空感應(yīng)爐、碳鋼放入中頻感應(yīng)熔煉爐中分別進(jìn)行熔煉，直至完全熔融形成不銹鋼澆鑄液和碳鋼澆鑄液后備用，其中熔煉過程中不間斷的通入氬氣作為保護(hù)氣氛，氬氣流速為1L/min；

步驟二、預(yù)先制備高鐵道岔鑄造模具，將經(jīng)步驟一制備的不銹鋼澆鑄液在溫度為1650 ℃的條件下向模具中進(jìn)行澆注，澆注厚度為10mm，澆注完成后，立即將步驟一制備的碳鋼澆鑄液在溫度為1630 ℃的條件下繼續(xù)澆注，直至充滿模具型腔，

步驟三、將經(jīng)步驟二澆注后的模具放入步進(jìn)式加熱爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所述調(diào)質(zhì)處理包括以下階段：先在1000℃保溫兩個(gè)小時(shí)，然后油淬，再在360℃保溫兩個(gè)小時(shí)回火，然后空冷至室溫后制得高鐵道岔鑄件。

所述步驟一中，不銹鋼采用1Cr13，1Cr13按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C:≤0.15%，Si:≤1.00%，Mn:≤1.00%，P:≤0.035%，S:≤0.030%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量為Fe，所述碳鋼采用35碳鋼，35碳鋼按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量為Fe。

所述步驟一中，熔化期采用真空感應(yīng)爐逐級(jí)提高熔化功率，所述熔化功率包括以下兩個(gè)階段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率為37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率為12.5KW.min/t，熔化期溫度為1550~1600℃。

所述步驟二中攪拌功率為300-500KW/t。

所述步驟一中真空感應(yīng)爐的真空度為0.5Pa-1Pa。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明提供了一種1Cr13不銹鋼和35碳鋼雙金屬復(fù)合鋼在真空熔煉條件下，通入適量的氬氣，待不銹鋼和碳鋼兩種成分完全調(diào)整后，按順序?qū)撘悍謩e注入型腔，獲得了良好的冶金結(jié)合處層，晶粒細(xì)小分布均勻，不存在夾雜、裂紋、氣孔、顯微疏松等缺陷。

（2）本發(fā)明在澆注過程中中間無間斷澆注澆鑄液，在界面處，利用澆入的碳鋼金屬液的熱量將已經(jīng)凝固成糊狀的不銹鋼表層熔化，兩者之間發(fā)生了元素的互溶擴(kuò)散并形成一定厚度的過渡層，該過渡層內(nèi)形成了冶金結(jié)合，合金元素分布均勻，界面結(jié)合良好，晶粒細(xì)化明顯，且結(jié)合層不存在夾雜、裂紋、氣孔或顯微疏松等缺陷，同時(shí)不銹鋼和碳鋼的性能也獲得很大的提高。

附圖說明

圖1和圖2為不銹鋼、碳鋼高鐵復(fù)合道岔用鋼的結(jié)合界面的顯微組織圖；

圖3為不銹鋼、碳鋼高鐵復(fù)合道岔用鋼的顯微組織圖。

具體實(shí)施方式

一種不銹鋼碳鋼雙金屬高鐵復(fù)合道岔用鋼的制備工藝，包括以下步驟：

步驟一、選取不銹鋼和碳鋼，并將選取的不銹鋼碳鋼放入真空感應(yīng)爐、碳鋼放入中頻感應(yīng)熔煉爐中分別進(jìn)行熔煉，直至完全熔融形成不銹鋼澆鑄液和碳鋼澆鑄液后備用，其中熔煉過程中不間斷的通入氬氣作為保護(hù)氣氛，氬氣流速為1L/min；

步驟二、預(yù)先制備高鐵道岔鑄造模具，將經(jīng)步驟一制備的不銹鋼澆鑄液在溫度為1650 ℃的條件下向模具中進(jìn)行澆注，澆注厚度為10mm，澆注完成后，立即將步驟一制備的碳鋼澆鑄液在溫度為1630 ℃的條件下繼續(xù)澆注，直至充滿模具型腔，

步驟三、將經(jīng)步驟二澆注后的模具放入步進(jìn)式加熱爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所述調(diào)質(zhì)處理包括以下階段：先在1000℃保溫兩個(gè)小時(shí)，然后油淬，再在360℃保溫兩個(gè)小時(shí)回火，然后空冷至室溫后制得高鐵道岔鑄件。

所述步驟一中，不銹鋼采用1Cr13，1Cr13按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C:≤0.15%，Si:≤1.00%，Mn:≤1.00%，P:≤0.035%，S:≤0.030%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量為Fe，所述碳鋼采用35碳鋼，35碳鋼按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量為Fe。

所述步驟一中，熔化期采用真空感應(yīng)爐逐級(jí)提高熔化功率，所述熔化功率包括以下兩個(gè)階段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率為 37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率為12.5KW.min/t ，熔化期溫度為1550~1600℃。

所述步驟二中攪拌功率為300-500KW/t。

所述步驟一中真空感應(yīng)爐的真空度為0.5Pa-1.0Pa。

以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種不銹鋼碳鋼雙金屬高鐵復(fù)合道岔用鋼的制備工藝，包括以下步驟：

步驟一、選取不銹鋼和碳鋼，不銹鋼采用1Cr13，1Cr13按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C:≤0.15%，Si:≤1.00%，Mn:≤1.00%，P:≤0.035%，S:≤0.030%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量為Fe，所述碳鋼采用35碳鋼，35碳鋼按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量為Fe，將選取的不銹鋼碳鋼放入真空感應(yīng)爐、碳鋼放入中頻感應(yīng)熔煉爐中分別進(jìn)行熔煉，直至完全熔融形成不銹鋼澆鑄液和碳鋼澆鑄液后備用，熔化期采用真空感應(yīng)爐逐級(jí)提高熔化功率，所述熔化功率包括以下兩個(gè)階段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率為 37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率為12.5KW.min/t ，熔化期溫度為1550℃，真空感應(yīng)爐的真空度為0.5Pa，且熔煉過程中不間斷的通入氬氣作為保護(hù)氣氛，氬氣流速為1L/min；

步驟二、預(yù)先制備高鐵道岔鑄造模具，將經(jīng)步驟一制備的不銹鋼澆鑄液在溫度為1650 ℃的條件下向模具中進(jìn)行澆注，澆注厚度為10mm，澆注完成后，立即將步驟一制備的碳鋼澆鑄液在溫度為1630 ℃的條件下繼續(xù)澆注，直至充滿模具型腔，

步驟三、將經(jīng)步驟二澆注后的模具放入步進(jìn)式加熱爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所述調(diào)質(zhì)處理包括以下階段：先在1000℃保溫兩個(gè)小時(shí)，然后油淬，再在360℃保溫兩個(gè)小時(shí)回火，然后空冷至室溫后制得高鐵道岔鑄件。

實(shí)施例2

一種不銹鋼碳鋼雙金屬高鐵復(fù)合道岔用鋼的制備工藝，包括以下步驟：

步驟一、選取不銹鋼和碳鋼，不銹鋼采用1Cr13，1Cr13按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C:≤0.15%，Si:≤1.00%，Mn:≤1.00%，P:≤0.035%，S:≤0.030%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量為Fe，所述碳鋼采用35碳鋼，35碳鋼按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量為Fe，將選取的不銹鋼碳鋼放入真空感應(yīng)爐、碳鋼放入中頻感應(yīng)熔煉爐中分別進(jìn)行熔煉，直至完全熔融形成不銹鋼澆鑄液和碳鋼澆鑄液后備用，熔化期采用真空感應(yīng)爐逐級(jí)提高熔化功率，所述熔化功率包括以下兩個(gè)階段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率為37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率為 12.5KW.min/t ，熔化期溫度為1600℃，真空感應(yīng)爐的真空度為1.0Pa，且熔煉過程中不間斷的通入氬氣作為保護(hù)氣氛，氬氣流速為1L/min；

步驟二、預(yù)先制備高鐵道岔鑄造模具，將經(jīng)步驟一制備的不銹鋼澆鑄液在溫度為1650 ℃的條件下向模具中進(jìn)行澆注，澆注厚度為10mm，澆注完成后，立即將步驟一制備的碳鋼澆鑄液在溫度為1630 ℃的條件下繼續(xù)澆注，直至充滿模具型腔，

步驟三、將經(jīng)步驟二澆注后的模具放入步進(jìn)式加熱爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所述調(diào)質(zhì)處理包括以下階段：先在1000℃保溫兩個(gè)小時(shí)，然后油淬，再在360℃保溫兩個(gè)小時(shí)回火，然后空冷至室溫后制得高鐵道岔鑄件。

實(shí)施例3

一種不銹鋼碳鋼雙金屬高鐵復(fù)合道岔用鋼的制備工藝，包括以下步驟：

步驟一、選取不銹鋼和碳鋼，不銹鋼采用1Cr13，1Cr13按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C:≤0.15%，Si:≤1.00%，Mn:≤1.00%，P:≤0.035%，S:≤0.030%，Ni: ≤0.60%，Cr:11.50~13.50%，余量為Fe，所述碳鋼采用35碳鋼，35碳鋼按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：C :0.32～0.40%，Si:0.17～0.37%，Mn:0.50～0.80%，S:≤0.035%，P :≤0.035%，Cr:≤0.25%，Ni:≤0.25%，余量為Fe，將選取的不銹鋼碳鋼放入真空感應(yīng)爐、碳鋼放入中頻感應(yīng)熔煉爐中分別進(jìn)行熔煉，直至完全熔融形成不銹鋼澆鑄液和碳鋼澆鑄液后備用，熔化期采用真空感應(yīng)爐逐級(jí)提高熔化功率，所述熔化功率包括以下兩個(gè)階段：（1）升至300 KW/t以下，提升速率為 37.5KW.min/t；（2）300~500 KW/t，提升速率為12.5KW.min/t，熔化期溫度為1580℃，真空感應(yīng)爐的真空度為0.75Pa，且熔煉過程中不間斷的通入氬氣作為保護(hù)氣氛，氬氣流速為1L/min；

步驟二、預(yù)先制備高鐵道岔鑄造模具，將經(jīng)步驟一制備的不銹鋼澆鑄液在溫度為1650 ℃的條件下向模具總進(jìn)行澆注，澆注厚度為10mm，澆注完成后，立即將步驟一制備的碳鋼澆鑄液在溫度為1630 ℃的條件下繼續(xù)澆注，直至充滿模具型腔，

步驟三、將經(jīng)步驟二澆注后的模具放入步進(jìn)式加熱爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所述調(diào)質(zhì)處理包括以下階段：先在1000℃保溫兩個(gè)小時(shí)，然后油淬，再在360℃保溫兩個(gè)小時(shí)回火，然后空冷至室溫后制得高鐵道岔鑄件。

在兩個(gè)真空感應(yīng)爐中分別對(duì)不銹鋼和碳鋼兩種金屬的成分進(jìn)行調(diào)整，采用底部吹氬氣進(jìn)一步降低鋼中雜質(zhì)元素和夾雜物的含量，避免澆注后出現(xiàn)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷。待不銹鋼和碳鋼兩種成分完全熔融狀態(tài)且均勻混合后，在溫度為1550℃~1600℃條件下，先在型腔下部澆鑄1Cr13不銹鋼，液面控制在10mm為準(zhǔn)，再澆注35碳鋼至完全充滿型腔，澆鑄過程中中間無間斷，同時(shí)控制好澆鑄的速度，以保證澆鑄過程的連續(xù)進(jìn)行，在界面處，利用澆入的碳鋼金屬液的熱量將已經(jīng)凝固成糊狀的不銹鋼表層融化，兩者之間發(fā)生了元素的互溶擴(kuò)散，形成了一定厚度的過渡層，兩者之間形成了冶金結(jié)合，在一定厚度層內(nèi)合金元素分布均勻。最終獲得一定厚度的冶金結(jié)合層，界面結(jié)合良好，晶粒細(xì)化明顯，且結(jié)合層不存在夾雜、裂紋、氣孔或顯微疏松等缺陷，同時(shí)不銹鋼和碳鋼的性能也獲得很大的提高，采用國標(biāo)GB 6458-86 鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)不銹鋼/碳鋼高鐵復(fù)合道岔用鋼的不銹鋼部分合格，綜合而言，不銹鋼/碳鋼高鐵復(fù)合道岔用鋼的性能良好。