CN105586528B - 一种合金钢及其热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种合金钢，属于合金钢热处理技术领域，包括如下重量百分比的化学组分：C：0.14‑0.22％；Si：0.7‑1.3％；Mn：1.6‑2.5％；Mo1.2‑1.4％；S：≤0.03％；P：≤0.03％；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了上述合金钢的热处理工艺，包括如下步骤：(1)均匀加热到900‑950℃，保温3‑4h，得到奥氏体；(2)缓慢开启炉门，将炉门开至1/4处，降温到600‑650℃后，关闭炉门，保温3‑5h，得到珠光体；(3)缓慢开启炉门，将炉门开至1/3处，降温到300‑400℃后，关闭炉门，保温2‑4h，开启炉门，空冷至常温，得到下贝氏体。本发明合金钢耐磨性好，氢脆性小，残余奥氏体含量小；本发明合金钢的热处理工艺简单，易于操作，生产成本低。

Description

一种合金钢及其热处理工艺
技术领域
本发明涉及合金钢热处理技术领域，具体是一种合金钢及其热处理工艺。
背景技术
目前合金钢辙叉的使用寿命大约在年通过总重2亿吨，其实在使用寿命达到2亿吨的时候心轨磨耗还远远没有达到重伤的要求，而是翼轨的磨耗达到重伤标准而不得不提前下道，辙叉翼轨的磨耗是制约辙叉使用寿命的主要原因，而辙叉翼轨的磨耗主要是因为合金钢的低强度、低韧性、氢脆性大、高残奥导致的。
氢进入钢中的主要途径是在冶炼过程中，氢损伤的主要形式是氢致脆化，即氢致塑性、韧性降低，也称之为氢脆。TB/T2344-2012《43kg/m-75kg/m钢轨订货技术条件》中6.2.3规定钢水氢含量不应大于2.5ppm，铁总科技【2013】143号《U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨暂行技术条件》6.2.4规定钢水氢含量不应大于2.0ppm。
残余奥氏体是未能完成贝氏体转变而保留到室温的奥氏体。残余奥氏体硬度低，应变后诱发马氏体相变脆性大，能促进裂纹的萌生和扩展。现行钢轨及辙叉标准均未对残余奥氏体含量进行规定。既有的合金钢心轨材料残余奥氏体含量均在10％-20％，如此高比例的残余奥氏体直接导致心轨材料大量出现麻点、剥落、延迟断裂等失效现象，大幅降低辙叉使用寿命，增加行车安全隐患。
针对上述出现的问题，本发明提供了应用于铁路道岔辙叉的合金钢及其热处理工艺，可以有效降低钢材氢脆和残余奥氏体含量，具有高强度、高韧性、氢脆性小、低残奥的特性，满足铁路辙叉的使用要求。
发明内容
本发明要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种机械强度高，耐磨性好，氢脆性小，残余奥氏体含量小的合金钢。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种合金钢，包括如下重量百分比的化学组分：C：0.14-0.22％；Si：0.7-1.3％；Mn：1.6-2.5％；Mo：1.2-1.4％；S：≤0.03％；P：≤0.03％；余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，包括如下重量百分比的化学组分：C：0.18％；Si：1.0％；Mn：2.2％；Mo：1.3％；S：0.02％；P：0.02％；余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述合金钢的机械性能：抗拉强度＞1300Mpa；屈服强度＞1100Mpa；延伸率＞10％；断面率＞50％；20℃时冲击韧性ak≧70J/c㎡，-20℃时冲击韧性ak≧60Jc/㎡，-40℃时冲击韧性ak≧55J/c㎡；洛氏硬度HRC为40-45；氢含量＜0.1ppm；残余奥氏体含量0.79％-2.67％。
本发明还提供了上述合金钢的热处理工艺，包括如下步骤：
(1)均匀加热到900-950℃，保温3-4h，得到奥氏体；
(2)缓慢开启炉门，将炉门开至1/4处，降温到600-650℃后，关闭炉门，保温3-5h，得到珠光体；
(3)缓慢开启炉门，将炉门开至1/3处，降温到300-400℃后，关闭炉门，保温2-4h，开启炉门，空冷至常温，得到下贝氏体。
进一步地，所述步骤(1)中均匀加热到920℃，保温3.5h。
进一步地，所述步骤(2)中降温到620℃，保温4h。
进一步地，所述步骤(3)中降温到360℃，保温3h。
本发明还提供了上述合金钢在制造铁路道岔辙叉中的应用。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)本发明合金钢的机械强度高，耐磨性好，氢脆性小，氢含量检验结果小于0.1ppm，远低于现行相关标准的技术要求，其残余奥氏体含量在0.79％-2.67％之间，远低于既有心轨材料。
(2)本发明合金钢用于辙叉翼轨与心轨的制造，使辙叉最薄弱的心轨轨头宽10-50mm断面范围内心轨和翼轨强度等级匹配，共同承受轮载，使用寿命达到年通过总重4亿吨。
(3)本发明合金钢的热处理工艺简单，易于操作，生产成本低。
附图说明
图1是本发明合金钢的热处理工艺的示意图。
具体实施方式
实施例一
一种合金钢，包括如下重量百分比的化学组分：C：0.18％；Si：1.0％；Mn：2.2％；Mo：1.3％；S：0.02％；P：0.02％；余量为Fe和不可避免的杂质。
上述合金钢的热处理工艺，包括如下步骤：
(1)均匀加热到920℃，保温3.5h，得到奥氏体；
(2)缓慢开启炉门，将炉门开至1/4处，降温到620℃后，关闭炉门，保温4h，得到珠光体；
(3)缓慢开启炉门，将炉门开至1/3处，降温到360℃后，关闭炉门，保温3h，开启炉门，空冷至常温，得到下贝氏体。
本实施例中的合金钢的机械性能见表1。
实施例二
一种合金钢，包括如下重量百分比的化学组分：C：0.14％；Si：0.7％；Mn：1.6％；Mo：1.2％；S：0.03％；P：0.03％；余量为Fe和不可避免的杂质。
上述合金钢的热处理工艺，包括如下步骤：
(1)均匀加热到900℃，保温3h，得到奥氏体；
(2)缓慢开启炉门，将炉门开至1/4处，降温到650℃后，关闭炉门，保温5h，得到珠光体；
(3)缓慢开启炉门，将炉门开至1/3处，降温到300℃后，关闭炉门，保温2h，开启炉门，空冷至常温，得到下贝氏体。
本实施例中的合金钢的机械性能见表1。
实施例三
一种合金钢，包括如下重量百分比的化学组分：C：0.22％；Si：1.3％；Mn：2.5％；Mo：1.4％；S：0.03％；P：0.03％；余量为Fe和不可避免的杂质。
上述合金钢的热处理工艺，包括如下步骤：
(1)均匀加热到950℃，保温4h，得到奥氏体；
(2)缓慢开启炉门，将炉门开至1/4处，降温到600℃后，关闭炉门，保温3h，得到珠光体；
(3)缓慢开启炉门，将炉门开至1/3处，降温到400℃后，关闭炉门，保温4h，开启炉门，空冷至常温，得到下贝氏体。
本实施例中的合金钢的机械性能见表1。
表1合金钢经不同热处理工艺的机械性能
综上可知，本发明个实施例中合金钢的机械性能抗拉强度＞1300Mpa，屈服强度＞1100Mpa，延伸率＞10％，断面率＞50％，冲击韧性ak≧70J/c㎡(20℃)≧60Jc/㎡(-20℃)≧55J/c㎡(-40℃)，洛氏硬度HRC 40-45，氢含量＜0.1ppm，残余奥氏体含量0.79％-2.67％。本发明合金钢的热处理工艺，可以有效降低钢材氢脆和残余奥氏体含量，具有高强度、高韧性、氢脆性小、低残奥的特性，满足铁路辙叉的使用要求。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种合金钢，其特征在于：包括如下重量百分比的化学组分：C：0.14-0.22％；Si：0.7-1.3％；Mn：1.6-2.5％；Mo：1.2-1.4％；S：≤0.03％；P：≤0.03％；余量为Fe和不可避免的杂质；
所述合金钢的机械性能：抗拉强度＞1300MPa；屈服强度＞1100MPa；延伸率＞10％；断面率＞50％；20℃时冲击韧性ak≧70J/c㎡，-20℃时冲击韧性ak≧60J/c㎡，-40℃时冲击韧性ak≧55J/c㎡；洛氏硬度HRC为40-45；氢含量＜0.1ppm；残余奥氏体含量0.79％-2.67％；
上述合金钢的热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)均匀加热到900-950℃，保温3-4h，得到奥氏体；
(2)缓慢开启炉门，将炉门开至1/4处，降温到600-650℃后，关闭炉门，保温3-5h，得到珠光体；
(3)缓慢开启炉门，将炉门开至1/3处，降温到300-400℃后，关闭炉门，保温2-4h，开启炉门，空冷至常温，得到下贝氏体。
2.根据权利要求1所述的一种合金钢，其特征在于：包括如下重量百分比的化学组分：C：0.18％；Si：1.0％；Mn：2.2％；Mo：1.3％；S：0.02％；P：0.02％；余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种合金钢，其特征在于：所述步骤(1)中均匀加热到920℃，保温3.5h。
4.根据权利要求1所述的一种合金钢，其特征在于：所述步骤(2)中降温到620℃，保温4h。
5.根据权利要求1所述的一种合金钢，其特征在于：所述步骤(3)中降温到360℃，保温3h。
6.一种如权利要求1所述的合金钢在制造铁路道岔辙叉中的应用。
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