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(guò)渡鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展以及高鐵國(guó)際市場(chǎng)的逐步開(kāi)拓，使得我國(guó)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(xué)成份、物理性能、力學(xué)性能的差異較大。高錳鋼焊接時(shí)，熱應(yīng)力區(qū)容易析出碳化物，并且晶界上的富集的硫、磷也都會(huì)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(yīng)力大，也會(huì)導(dǎo)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(duì)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(shí)一般需預(yù)熱到400℃以上，采用熱焊方式進(jìn)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(huì)造成大的應(yīng)力變形，降低焊接接頭質(zhì)量。為解決上述問(wèn)題，目前對(duì)高錳鋼和高碳鋼的混合焊接一般都會(huì)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(guó)專(zhuān)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(guò)程中不易發(fā)生晶粒長(zhǎng)大和碳化物析出現(xiàn)象，同時(shí)其熔點(diǎn)、膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)與對(duì)焊接要求較高的高錳鋼相近，燕山大學(xué)(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(guó)標(biāo)牌號(hào)的不銹鋼(0Cr18Ni12Mo2Ti)作為焊接介質(zhì)，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。山東遠(yuǎn)大模具材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為山東遠(yuǎn)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(guò)程中需經(jīng)過(guò)中頻冶煉、電渣重熔、退火、下料、鍛造、擴(kuò)氫處理、固溶處理、機(jī)械加工等諸多道次最后成為合格的焊接介質(zhì)，山東遠(yuǎn)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(jìn)行焊接，在焊接過(guò)程中回避了溫度對(duì)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(shè)備便攜性差，難以滿足野外施工的需要。為適應(yīng)我國(guó)國(guó)情，唐山鐵路道岔廠和哈爾濱工業(yè)大學(xué)(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(duì)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(duì)堆焊焊接介質(zhì)進(jìn)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(duì)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(guò)程過(guò)于復(fù)雜，成本過(guò)高。焊接材料與焊接手段聯(lián)系緊密，靈活性差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可以適應(yīng)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(yīng)高鐵復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境，并且要求具有較高運(yùn)行可靠性的使用需求。一種高鐵用含稀土焊接過(guò)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(diǎn)，向焊接過(guò)渡鋼中引入稀土成份，其化學(xué)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(jìn)一步地，所述的制造工藝采用真空感應(yīng)熔煉原位鑄造方法，包括以下工藝步驟，根據(jù)化學(xué)成分配料-真空感應(yīng)熔煉-真空原位鑄造-退火-下料-鍛造-固溶處理-機(jī)加工-檢驗(yàn)，制備成為焊接過(guò)渡鋼成品。進(jìn)一步地，所述的真空感應(yīng)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(jìn)熔體溫度、成分均勻。進(jìn)一步地，所述的原位鑄造方法1)澆鑄模或者半連續(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(yīng)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(guò)渡鋼制備方法，包括如下步驟：步驟一、根據(jù)化學(xué)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(yīng)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(yīng)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(shí)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(guò)在坩堝出料口或中間包進(jìn)料口處設(shè)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(shè)定澆鑄工藝澆入鑄模或者半連續(xù)鑄造的中間包中，凝固成型。半連續(xù)鑄造法可通過(guò)下引法或者水平鑄造的方法引出真空腔，并在真空腔外進(jìn)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(duì)苯二甲酸進(jìn)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(jī)物，實(shí)現(xiàn)了硫酸鈉回用和純水回用，真正實(shí)現(xiàn)了全面梯級(jí)資源化。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)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(jī)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(jìn)行烘烤，烘烤溫度250-350℃，烘烤時(shí)間6-8小時(shí)。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?jǐn)嚢锠顟B(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(dāng)成份符合要求時(shí)，留樣后進(jìn)行澆鑄。鑄造：鑄造設(shè)備與真空冶煉處于同一真空腔中，真空冶煉完成后，即進(jìn)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(jìn)行鍛造。始鍛溫度1100-1200℃，終鍛溫度900-950℃。鍛造完成后，進(jìn)行固溶熱處理。機(jī)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(yàn)：包括外形檢驗(yàn)及性能檢驗(yàn)。焊接工藝：在400℃預(yù)熱高碳鋼接頭與焊接鋼，進(jìn)行常規(guī)電阻焊或閃光焊，再在另一端焊接高錳鋼，焊接過(guò)程中注意強(qiáng)制冷卻。實(shí)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(jī)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(jìn)行烘烤，烘烤溫度250-350℃，烘烤時(shí)間6-8小時(shí)。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?jǐn)嚢锠顟B(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(dāng)成份符合要求時(shí)，留樣后進(jìn)行半連續(xù)澆鑄。半連續(xù)鑄造：半連續(xù)鑄造設(shè)備與真空冶煉處于同一真空腔中，真空冶煉完成后，即進(jìn)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(jìn)行鍛造。始鍛溫度1100-1200℃，終鍛溫度900-950℃。鍛造完成后，進(jìn)行固溶熱處理。機(jī)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(yàn)：包括外形檢驗(yàn)及性能檢驗(yàn)。焊接工藝：在400℃預(yù)熱高碳鋼接頭與焊接鋼，進(jìn)行常規(guī)電阻焊或閃光焊，再在另一端焊接高錳鋼，焊接過(guò)程中注意強(qiáng)制冷卻。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3