彈簧鋼及其制備方法及熱處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金技術領域，尤其是一種彈簧鋼及其制備方法及熱處理方法。
【背景技術】
[0002] 60Si2CrVAT彈簧鋼是目前我國鐵路提速貨車轉向架彈簧主要采用的材料，本發明 用鋼為軌道交通用冷卷彈簧鋼，與熱成型彈簧不同，采用冷卷工藝生產軌道車輛用螺旋彈 簧，在保證彈簧的質量、節約能源的同時又能提高生產效率、降低生產成本。但是冷卷制彈 簧在冷卷制時需要很高的卷制力，而且盤條在高強度條件下的冷塑性變形能力差，在進行 冷卷制時容易發生斷裂無法完成卷制過程。因此只有通過解決彈簧盤條材料成分、組織控 制和成型性問題，使其在高強度條件下具備優良塑性成形性能，才能獲得性能優異的冷卷 制彈黃廣品。
[0003] 冷卷彈簧盤條原材料成分既影響卷制成型質量，又將直接影響冷卷制彈簧的力學 性能和服役壽命。目前世界彈簧鋼的發展趨勢是向著高性能化方向發展，開發高性能彈簧 鋼的途徑之一是要優化現有彈簧鋼的合金元素含量。合金元素鉻可降低鋼中碳的活度，又 是碳化物形成元素，可提高鋼中碳擴散的激活能，減輕鋼的脫碳傾向。因此優化調整原材料 中鉻的含量可改善彈簧鋼的組織和性能，滿足彈簧盤條冷卷成型性要求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是:提供一種彈簧鋼及其制備方法及熱處理方法，它能改善冷卷彈 簧材料的成形性能。
[0005] 本發明是這樣實現的：彈簧鋼，其成分質量百分比為：C 0.56~0.64%、Si 1.40~ 1·80%、Μη 0.40~0.70%、Cr 1.35~1.65%、V 0.10~0.20%、Ni <0.35%、Cu <0·25%、Ρ< 0.020%、S < 0.020%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0006] 其成分質量百分比為：C 0.50~0.56%、Si 1.43~1· 46%、Mn 0.55~0.58%以及Cr 1.36~1.63%〇
[0007] 其成分質量百分比為:Cr含量為1.55%。
[0008] 彈簧鋼的制備方法，包括如下步驟： 1) 按上述質量百分比取各組分材料，將材料放入中頻真空感應熔煉爐中冶煉，并進行 了抽真空處理，澆鑄成鋼錠； 2) 將冶煉好的鋼進行了退火處理； 3) 鍛造工藝:開鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為850°C，鍛造成直徑為16mm的圓棒，鍛造后 空冷至室溫。
[0009] 彈簧鋼的熱處理方法，將彈簧鋼放入880-910°C的箱式電阻爐中，保溫30分鐘，然 后取出在50-200°C的淬火油中冷卻15s;再將經淬火的彈簧鋼迅速放入280-380°C的鹽浴爐 中保溫90分鐘，取出油冷至室溫;最后將試樣放入440-530°C的箱式電阻爐中，保溫90分鐘 后取出。
[0010] C:C為鋼的主要強化元素，溶解在鋼中形成固溶體起到固溶強化的作用，C可與強 碳化物形成元素結合形成碳化物析出，起到沉淀強化的作用。
[0011] Cr:Cr可降低鋼中碳的活度，又是碳化物形成元素，可提高鋼中碳擴散的激活能， 減輕鋼的脫碳傾向，對防止石墨化有利。當鋼中含Si較高時，易出現脫碳，所以可利用Cr來 抑制脫碳傾向。但Cr含量超過1.5%時，鋼的回火組織不均勻，不利于抗彈減性。為更好的發 揮Cr的作用，控制Cr的質量百分含量為1.35%~1.65%。
[0012] Si :Si具有固溶強化作用，不形成碳化物，基本上以固溶態存在于鋼中，在常用合 金元素中Si的固溶強化作用最強。并且Si能改變回火時析出碳化物的數量、尺寸和形態，提 尚鋼的回火穩定性。
[0013] V:V是強碳化物形成元素，固態下析出細小彌散的MC型碳化物具有很強的沉淀強 化效果，此外V元素除提高鋼的強度和硬度外，還可提高鋼的抗彈減性。
[0014] 由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明通過確定彈簧鋼中鉻元素的 最佳含量，并配合熱處理工藝來改善冷卷彈簧材料的成形性能。該彈簧鋼可用于高速鐵路 轉向架元件。本發明彈簧鋼在保證具有較高強度的同時，兼具有較高的韌性與塑性，而且由 于提高了鉻元素含量，對減輕鋼的脫碳傾向、防止石墨化和改善淬透性有利，因此采用本發 明彈簧鋼生產的鐵路貨車轉向架螺旋彈簧具有較高的使用壽命，能夠滿足高速重載列車的 使用要求，保證了車輛的運行安全。
【具體實施方式】
[0015] 本發明的實施例1:彈簧鋼的制備方法，包括如下步驟： 1) 彈簧鋼的成分質量百分比為<0.50~0.56%、5丨1.43~1.46%、]\1110.55~0.58%、〇 1.55%、V 0.1(M).20%、Ni <0.35%、Cu <0.25%、？<0.020%、5<0.020%，余量為卩6和不可避 免的雜質;按上述質量百分比取各組分材料，將材料放入中頻真空感應熔煉爐中冶煉，并進 行了抽真空處理，澆鑄成鋼錠； 2) 將冶煉好的鋼進行了退火處理;將彈簧鋼放入880°C的箱式電阻爐中，保溫30分鐘， 然后取出在50°C的淬火油中冷卻15s;再將經淬火的彈簧鋼迅速放入300°C的鹽浴爐中保溫 90分鐘，取出油冷至室溫;最后將試樣放入440°C的箱式電阻爐中，保溫90分鐘后取出。
[0016] 3)鍛造工藝:開鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為850°C，鍛造成直徑為16mm的圓棒，鍛 造后空冷至室溫，冶煉鍛造后的光譜測試結果如表1所示。
[0017] 表1
本發明的實施例2:彈黃鋼的熱處理方法，將彈黃鋼放入880UC的箱式電阻爐中，保溫30 分鐘，然后取出在50°C的淬火油中冷卻15s;再將經淬火的彈簧鋼迅速放入300°C的鹽浴爐 中保溫90分鐘，取出油冷至室溫;最后將試樣放入440°C的箱式電阻爐中，保溫90分鐘后取 出。處理后的力學性能測試結果如表2所示。
[0018]表2
從上表中的數據可以看出隨著鋼中Cr含量的增加，抗拉強度變化不明顯，但屈服強度 處于下降趨勢，說明Cr含量的改變對60Si2CrVAT彈簧鋼的屈服強度有一定影響，影響水平 在200Mpa左右。
[0019]延伸率和斷面收縮率呈現先增加后降低的變化，當Cr含量為1.45%時延伸率和斷 面收縮率達到最大值。
[0020] 沖擊吸收功呈現先增加后降低的變化，當Cr含量為1.55%時Ακυ達到最大值(試樣在 沖擊斷裂時殘余奧氏體能夠吸收更多的沖擊功，改善材料的韌性，Cr含量1.55wt%時Ar為 6.8%。）隨著基體Cr含量的增加，應變硬化指數呈上升趨勢，說明Cr含量的增加有利于提高 材料的加工硬化能力。
[0021] 隨基體中Cr含量的增加，硬度變化不明顯，上下浮動在lHRCXr含量為1.35%和 1.55%時同為52.17邢(：。
[0022]隨基體中Cr含量的增加，殘余奧氏體量呈現先升后降的變化，Cr含量為1.55%時， 八1"最高為6.8%。
[0023]應變硬化指數η隨Cr含量從1.35wt%到1.65wt%有升高趨勢，由于Cr的碳化物增多， 導致基體的碳含量降低，因此基體的塑性得到提高。
[0024]需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權 利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【主權項】
1. 一種彈簧鋼，其特征在于：其成分質量百分比為:c0.56~0.64%、Si1.40~1.80%、Mn 0.40~0.70%、Crl.35~1.65%、V0.10~0.20%、Ni<0.35%、Cu<0.25%、P< 0.020%、S< 0.020%，余量為Fe和不可避免的雜質。2. 根據權利要求1所述的彈簧鋼，其特征在于:其成分質量百分比為:C 0.50~0.56%、Si 1.43~1.46%、]?110.55~0.58%以及〇1.36~1.63%。3. 根據權利要求1或2所述的彈簧鋼，其特征在于：其成分質量百分比為：Cr含量為 1.55%〇4. 一種如權利要求1所述的彈簧鋼的制備方法，其特征在于:包括如下步驟： 1)按上述質量百分比取各組分材料，將材料放入中頻真空感應熔煉爐中冶煉，并進行 了抽真空處理，澆鑄成鋼錠； 2 )將冶煉好的鋼進行了退火處理； 3)鍛造工藝:開鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為850°C，鍛造成直徑為16mm的圓棒，鍛造后 空冷至室溫。5. -種如權利要求1所述的彈簧鋼的熱處理方法，其特征在于:將彈簧鋼放入880-910 °C的箱式電阻爐中，保溫30分鐘，然后取出在50-200°C的淬火油中冷卻15s;再將經淬火的 彈簧鋼迅速放入280-380°C的鹽浴爐中保溫90分鐘，取出油冷至室溫;最后將試樣放入440-530°C的箱式電阻爐中，保溫90分鐘后取出。
【專利摘要】本發明公開了一種彈簧鋼及其制備方法及熱處理方法，其成分質量百分比為：C？0.56~0.64%、Si？1.40~1.80%、Mn？0.40~0.70%、Cr？1.35~1.65%、V？0.10~0.20%、Ni？≤0.35%、Cu？≤0.25%、P≤0.020%、S≤0.020%，余量為Fe和不可避免的雜質。本發明通過確定彈簧鋼中鉻元素的最佳含量，并配合熱處理工藝來改善冷卷彈簧材料的成形性能。該彈簧鋼可用于高速鐵路轉向架元件。本發明彈簧鋼在保證具有較高強度的同時，兼具有較高的韌性與塑性，采用本發明彈簧鋼生產的鐵路貨車轉向架螺旋彈簧具有較高的使用壽命，能夠滿足高速重載列車的使用要求，保證了車輛的運行安全。
【IPC分類】C22C38/02, C21D6/00, C22C38/04, C22C38/18, C21D8/06, C22C38/08, C22C38/12, C22C38/16
【公開號】CN105483555
【申請號】CN201510915306
【發明人】歐梅桂, 朱杰, 楊春林
【申請人】貴州大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月11日