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山东同力达智能机械有限公司项目名称：高性能粒状贝氏体心轨钢及其制造技术山东远大模具材料有限公司答辩材料答辩人：曹衍学山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司心轨科技创新，科学发展心轨的功能作用心轨是铁路道岔中的一个最核心、最关键的部件，如下图所示：由图可以看出，心轨在铁路道岔中的功能和作用是使列车轨道进行分岔、合并或交叉，从而使铁路列车实现相应的功能。1●●铁路道岔结构示意图山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展2心轨的结构形式心轨的在铁路道岔中的位置示意图如下：●心轨岔跟轨有害空间翼轨心轨示意图：●山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展3按其结构形式分为：心轨的种类●固定式心轨：心轨在固定状态下即可实现其功能。●可动式心轨：心轨通过移动来实现其功能。按其制造形式分为：●铸造心轨：采用铸造高锰钢制造的心轨。●钢轨组合式心轨：采用普通钢轨制造的心轨。●锻造合金钢心轨：采用锻造合金钢制造的心轨。山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展4心轨在铁路运输中的作用及其重要意义：■对安全性的影响心轨在铁路道岔中的功能作用及其结构形式，决定了心轨对铁路运输的安全性、可靠性具有极其重要的影响，以下数据可以充分证明这个问题：2010年某路局（A）共发生安全事故76起，其中由于辙叉原因造成的安全事故为12起，占安全事故总数的15.79%，而由于心轨原因所造成的安全事故为9起，占安全事故总数的11.84%。2010年某路局（B）共发生安全事故42起，其中由于辙叉原因造成的安全事故为9起，占安全事故总数的21.43%，而由于心轨原因所造成的安全事故为7起，占安全事故总数的16.67%。▲▲山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展结论：由此可见由于心轨原因造成的安全事故均在10%以上，所以说心轨是决定铁路列车安全性的重要因素。其客观原因是：★由于有害空间的影响，列车轮缘给心轨造成巨大的冲击力。★心轨尖部承压面积较小，单位压力过大。★由于轨道线路分支或交叉的原因，产生较大的侧向力。■对铁路运营效果的影响对经济效益的影响心轨使用寿命较短★铸造心轨：平均使用寿命一般为列车通过量1亿吨左右，繁忙线路正常情况下每年更换4次。★钢轨组合式心轨：平均使用寿命一般为列车通过量1.5亿吨左右，繁忙线路正常情况下每年更换3次。★锻造合金钢心轨：平均使用寿命一般为列车通过量2.5亿吨左右，繁忙线路正常情况下每年更换2次。▲1山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展价格较贵（60Kg12号为例）★高锰钢铸造心轨，一般售价为5000元/个。★钢轨组合式心轨，一般售价为6000元/个。★锻造合金钢心轨，一般售价为7000元/个。▲由于上述因素的影响，造成铁路的建设成本尤其是维护成本很高，严重影响铁路部门的经济效益。★影响铁路运输的安全性和可靠性★影响铁路运输秩序★引起社会公众的抱怨★影响重要紧急任务的完成2对社会效益的影响山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展高锰钢的化学成分为：C:0.95-1.35，Mn:11.0-14.0，Si：0.30-0.80，P≤0.07，S≤0.035，并保持Mn/C比大于或等于10。U75V组装心轨的化学成分为：C:0.71-0.8，Mn:0.7-1.05，Si：0.50-0.80，P≤0.03，S≤0.03，V：0.04-0.12，Nb:≤0.01。锻造合金钢心轨：C:0.3-0.35，Mn:1.2-1.4，Si：0.80-1，P≤0.03，S≤0.03，Cr：1-1.2，Mo:0.15-0.3。制造工艺因素的决定铸造心轨主要工艺：电弧炉冶炼+奥氏体化处理+爆炸硬化。组装心轨主要工艺：电弧炉冶炼+精炼+表面淬火处理。合金钢心轨主要工艺：电弧炉冶炼+锻造+正回火处理组织状态因素的决定铸造心轨的组织状态：奥氏体。组装心轨的组织状态：珠光体。合金钢心轨的组织状态：片状贝氏体。1心轨损坏的内在原因■化学成分因素的决定★★★■■★★★★★★山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展国内常用心轨的主要性能情况■产品性能因素的决定性能(σb/MPa)硬度(J/CM2)铸造心轨740HRB550145组装心轨1000HRc3560合金钢心轨1280HRc4080结论：由上述可以看出：1、化学成份含碳量较高，合金含量较少；2、制造工艺相对比较落后，尤其是材料的纯净度较差；3、金相组织与产品的工作状况和受力状况不相适宜。造成心轨性能较差、性能离散度较大。导致心轨的使用寿命较短。山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展铸造心轨：列车通过量1亿吨，占60%左右。组装心轨：列车通过量2亿吨，占30%左右。锻造合金钢心轨：列车通过量2.5亿吨，占8%左右。2目前国内心轨的使用寿命及其占有量：■■■山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展化学成分状况：碳含量低≤0.28%，合金含量高≥5%。组织状态：粒状贝氏体≥95%。主要制造工艺：精炼+电渣+锻造+正回火。主要性能指标：σb≥1400Mpa，硬度:42HRc，Ak≥100J/CM2。使用寿命：列车通过量≥4亿吨。▲▲▲▲▲山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展1性能差距经济技术指标国内领先水平国际领先水平相差经济技术指标晶粒度6～78～92晶粒度非金属夹杂物2～2.5级1～1.5级1级非金属夹杂物力学性能指标拉伸强度(σb/MPa)1240～13001400～145060～100屈服强度(σs/MPa)900～9801100～1200200～220延伸率(A/%)8～1212～164断面收缩(Z/%)25～3032～407～10+20℃冲击(J/CM2)75～85100～12025～35-40℃冲击(J/CM2)35～4050～6015～20硬度（HRc）39～4440～43离散度相差2疲劳寿命（2.0～2.2）×106（2.5～2.8）×106（0.5～0.6）×106焊接性能碳当量(CE/%)无0.32～0.350.03冷裂敏感系数(PC/%)无0.22～0.250.03气体含量氢含量（ppm）无≤10.5～1氮含量（ppm）无50～6020～40氧含量（ppm）无20～255山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展2345国内领先：片状贝氏体。国际领先：粒状贝氏体。组织状态差距:化学成分差距：国内领先：碳含量高，合金含量低。国际领先：碳含量低，合金含量高。制造工艺的差距：冶炼工艺的不同，处理工艺的不同。其他差距：国际领先：有专用心轨材料。国内：无专用心轨材料。山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展采用冷处理工艺，稳定组织，且使组织转变充分。1设计化学成分组成方案，以有利于形成粒状贝氏体组织，有利于提高合金化效果为目标。设计电渣重熔的渣系，提高材料的纯净度。确定锻造工艺，即确定加热温度、加热速度、保温时间、始锻温度、终锻温度、变形方式及变形量。设计正回火工艺，将温度、时间、风量及冷速形成规范曲线，更有利于粒贝的形成。2435山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展12435研发出了适应于中国国情的粒贝心轨专用材料成分配方，其特点是：突破国际惯例，将屈强比(σs/σb)、焊接性能参数（CE%+PC%）纳入质量技术参数之内。研发出了适用于粒贝心轨材料的电渣重熔渣系、锻造工艺及正回火工艺。采用冷处理工艺，提高粒贝的转变数量，稳定组织。使用寿命达到4亿吨以上，进入国际领先行业。●有利于形成粒状贝氏体组织。●各项性能指标达到国际领先水平。●这种专用材料即适用于固定式心轨，又适用于可动式心轨。山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展本项目产品的经济技术指标与国外领先水平的比较见下表：技术经济指标本项目产品检验结果国际领先水平材料组织状态粒状贝氏体粒状贝氏体晶粒度8～98～9非金属夹杂物1～1.5级1级-1.5级力学性能指标拉伸强度(σb/MPa)≥13801300-1400屈服强度(σs/MPa)≥11801100-1200屈强比≥0.8550.85-0.86延伸率(A/%)≥1512-16断面收缩率(Z/%)≥3932-40+20℃冲击(J/CM2)≥110100-120-40℃冲击(J/CM2)≥5850-60硬度（HRc）41～4240-43疲劳寿命≥2.7×106（2.5-2.8）×106焊接性能碳当量(CE/%)≤0.320.32-0.35冷裂敏感系数(PC/%)≤0.230.22-0.25气体含量氢含量（ppm）≤1.0≤1.0氮含量（ppm）≤5550-60氧含量（ppm）≤2320-25使用寿命（亿吨）平均4.＞4，（先进）≥3.5制造成本（元、人民币）平均50509300山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展第三方评价：知识产权情况：12★2009年11月28日通过山东省科技成果鉴定。2010年03月22日申报国家发明专利。2010年12月20日获得德州市科技进步一等奖。★★“经检索，国内未见有综合性能指标高于本项目的文献报道，也未见有与本项目成分组成和制造工艺相同的文献报道”（摘自查新报告查新结论）。“该项目研究开发出了一种高性能的粒状贝氏体心轨钢及其制造技术，提升了国内铁路道岔的技术水平，对铁路列车安全、高速、重载运行具有极为重要的作用和意义”。“产品经铁路部门应用，效果优于国内外同类产品”。“产品性能和使用寿命达到了国际先进水平”（摘自鉴定成果证书鉴定意见）。★★山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展“经使用验证，至今未发现我公司采用山东远大模具材料有限公司的粒状贝氏体心轨出现异常损坏现象，使用效果很好，使用寿命不低于国际领先水平的同类产品”（摘自用户报告意见）。★★“你公司自主研发生产的高性能粒状贝氏体心轨钢，经过部检测中心的检测试验和我国高速铁路线路的实际应用，性能优越，效果良好”。“望你单位迅速加大投入，尽快形成规模生产能力”（摘自铁路部门的督促函意见）。山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展截至今年6月底已累计生产6万余组，实现销售收入4亿元，实现利税1亿余万元。该项目产品自研发成功，已通过小试、中试，且已批量生产，截止到今年6月底，已累计生产6万余组，除国内批量使用外，并有部分出口。应用推广情况：经济效益情况：◆◆山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展社会效益：◆项目产品为我国高速铁路的建设提供了物质基础和保障。提高了我国心轨的技术水平和使用寿命，提升了我国铁路尤其是高速铁路道岔的的整体技术水平。减少了我国铁路线路的维护成本和维护时间，保证了铁路运输秩序。有利于降低安全事故，提高铁路运输的安全性、可靠性。为我国高速铁路建设争取了时间，加快了我国铁路建设的速度。★★★★★山东同力达智能机械有限公司山东远大模具材料有限公司科技创新，科学发展公司副总经理岳可来，对课题的工艺设计和实施做出了特别贡