[发明专利]用于生产轨道、轨道交叉口和转辙器的零件的钢以及生产所述零件的方法

说明书

本发明涉及用于生产轨道交叉口和转辙器的零件的锻钢并涉及用于生产所述零件的方法。

转辙器和交叉口(S&C)是轨系统的部件，在轨道线路中在使用中它们经受相当大的负荷。

几种技术正被用于生产这些S&C。目前，显著比例的S&C零件用铸造奥氏体锰钢(AMS)制造。由于其在冲击上的高加工硬化能力、在固溶处理和水淬火之后的优良韧性、和在加工硬化条件下非常好的耐磨性，因而通常使用AMS。AMS的名义化学组成分析为1.2％的C、13％的Mn和0.5％的Si，其产生范围为200-250HB的体硬度。在经过一定量的运输以后，所述S&C的硬度可以达到500-550HB的水平。

AMS也有许多缺点，例如低的0.2％屈服应力。轨道道岔(point)和交叉口在服务期间通常经历严重的冲击负载条件，导致塑性变形和加工硬化，这将材料强度提升到对进一步的塑性流动更有抵抗性的水平。然而，在原始未硬化的条件下不可避免的相关尺寸变化是不需要的。在轨路中，差别的负载导致不均匀的硬化和局部的塑性变形，并且所得差的运行品质最终需要用焊接沉积物重建变形的轮廓。结果，重的轴向载荷应用中的AMS需要频繁的磨削以去除形变(lipping)且需要焊接修补以修复变形高度损失。

AMS是难以铸造或机加工成S&C所需要的复杂形状的材料。而且，对轨道交叉口的轨迹的任何改变需要新的铸造模具，使得不寻常的交叉口轮廓的生产非常昂贵。AMS窄的凝固范围导致许多洞型缺陷，其可以是在使用中见到的开裂起始点。通常，AMS交叉口中的孔隙发生在离新表面约10至15mm的深度，并且一旦达到该深度，由于由任何残余的孔隙引发裂纹的风险，焊接修复以重建所述交叉口就变得不切实际。对于AMS部件，10年通常被视为正常寿命，因为超过该期限缺陷的程度已经变得如此严重以至于继续补救的焊接修补是不经济的，且必须替换所述部件。关于AMS的进一步的问题是奥氏体显微组织的热不稳定性，这导致材料难以焊接。这种焊接中的困难不仅在原位焊接修补所述部件时是问题，而且在部件制造的过程中也是问题，因为在将其安装在轨道线路中之前必须将轨焊接到所述组件上。

作为这些问题的结果，已经开发了对于常规AMS交叉口型的几种替代物。一些S&C由复合金属夹层形式的材料构成，其中接触通过的火车的轮子的零件由具有不同组成、显微组织和性质的硬质的、耐磨的中厚钢板制成。该物品的下部由基础钢组合物制造。这些解决方案通常提供具有较好的焊接可修补性的较便宜的替代物，但是交叉口突出部分(nose)的性质则取决于构成所述交叉口突出部分的钢组合物的精密水平。在许多情况下，这样的组合物与磨损和特别是由AMS交叉口提供的滚动接触疲劳抵抗性不匹配。而且，这些解决方案由于不同钢的复合夹层而较难以生产。

AMS的另一个替代物是在将零件安装在线路中之前提供具有加工硬化层的高锰零件。表面预硬化技术可包括喷丸、辊压或爆炸硬化。在这些技术中，爆炸硬化通常是优选的选择，因为它提供了足够厚以满足所述S&C的使用要求的硬化层。

然而，用这些表面硬化技术难以控制硬化层的厚度。而且，表面硬化不解决焊接可修补性问题和与铸造高锰零件相关的铸造缺陷。

因此，本发明人着手设计针对这些问题的解决方案。

本发明的目的是提供作为对AMS且特别是对铸造AMS的替代物用于S&C的新型锻钢。

另一个目的是提供作为对AMS的替代物用于S&C的新型锻钢，所述锻钢对于通过头顶(top-of-head)焊接修复步骤原位修补是可容易焊接的。

又一个目的是提供对突出部分冲击(batter)将更有抵抗性的新型锻钢。

另一个目的是提供用于S&C的新型锻钢，所述锻钢对于常规的珠光体轨是可焊接的。

又一个目的是提供用于S&C的新型锻钢，所述锻钢对于常规的珠光体轨是可闪光对接焊的。

通过提供用于生产轨道、轨道交叉口或轨道转辙器的零件的锻钢达到本发明的一个或多个目的，所述锻钢包含(以重量百分比计)：

·0.01-0.15％的碳；

·至多0.5％的硅；

·10-15％的锰；

·至少0.6-3.95％的钼；

·任选一种或多种下列元素：

i.0.05-0.2％的镍和/或

ii.0.05-0.2％的钴和/或

iii.0.02-0.30％的Cr和/或

iv.0.05-0.2％的铜；