CN108034888A - 一种整体锻压辙叉用合金钢及其热处理工艺 - Google Patents

一种整体锻压辙叉用合金钢及其热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，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：0.17‑0.25％；Si：0.9‑1.3％；Mn：2.0‑2.4％；Mo：0.3‑0.4％；Cr：0.13‑0.15％；Ni：0.34‑0.45％；B：0.0003‑0.0006％；Al:0.015～0.02％；S：≤0.015％；P：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了上述UD21合金钢的热处理工艺，包括如下步骤：(1)淬火加热：均匀加热到850‑900℃，保温2‑3h，得到奥氏体；(2)等温淬火：工件进入350‑400℃等温槽，等温1‑1.5h，出炉空冷，得到下贝氏体；(3)回火、冷却：工件进入回火炉，均匀加热到190‑250℃，保温2‑3h，开启炉门，空冷至室温，组织为下贝氏体。本发明UD21合金钢机械强度高，韧性高，含氢量低，残余奥氏体含量低；本发明UD21合金钢的热处理工艺操作简单，易于实现。

Description

一种整体锻压辙叉用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，具体是一种整体锻压辙叉用合金钢及其热处理工艺。
背景技术
整体锻压辙叉是一种全新的辙叉产品，区别于铸造的高锰钢辙叉和拼装的合金钢组合辙叉，采用具有整体性好、韧性配合更好到合金钢材料整体锻压而成。
氢损伤主要是氢导致塑性、韧性降低，脆性增加，简称氢脆。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。
残余奥氏体组织硬度较低，应变后可诱发马氏体相变，致使工件表面和近表面出现微裂纹，随后扩展为麻面或剥落掉块等损伤，带来安全隐患。目前现有的钢轨和辙叉标准均没有对残余奥氏体含量进行规定。现有拼装的合金钢组合辙叉材料残余奥氏体含量均在10％-20％。
针对上述问题，本发明提供了应用于整体锻压辙叉的UD21合金钢及其热处理工艺，以满足整体锻压辙叉的使用要求。
发明内容
本发明要解决的问题是：克服现有技术的不足，为整体锻压辙叉提供一种机械强度高，韧性高，含氢量低，残余奥氏体含量低的UD21合金钢及其热处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其特征在于：包括如下重量百分比的化学组分：
C：0.17-0.25％；Si：0.9-1.3％；Mn：2.0-2.4％；Mo：0.3-0.4％；Cr：0.13-0.15％；Ni：0.34-0.45％；B：0.0003-0.0006％；Al:0.015～0.02％；S：≤0.015％；P：≤0.015％，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：0.21％；Si：1.1％；Mn：2.2％；Mo：0.35％；Cr：0.14％；Ni：0.40％；B：0.0005％；Al:0.0175％；S：0.015％；P：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械性能：抗拉强度≥1350Mpa，屈服强度≥1050Mpa，延伸率≥13％，断面率≥55％，洛氏硬度HRC38～45；20℃时的冲击吸收能量≥60J，-40℃时的冲击吸收能量≥30J，氢含量＜0.1ppm，残余奥氏体含量＜3％。
本发明还提供了上述UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)淬火加热：均匀加热到850-900℃，保温2-3h，硝盐冷却，得到奥氏体；
(2)等温淬火：工件进入350-400℃等温槽，等温1-1.5h，出炉空冷，得到下贝氏体。等温淬火冷却相比连续冷却，贝氏体转变更完全、冷却时产生的应力应变更小，有利于减小工件的变形和开裂。
(3)回火、空冷：工件进入回火炉，均匀加热到190-250℃，保温2-3h，开启炉门，空冷至室温，组织为下贝氏体。
进一步地，所述步骤(1)中均匀加热到880℃，保温2.5h。
进一步地，所述步骤(2)中进入到375℃等温槽，保温1.25h。
进一步地，所述步骤(3)中进入回火炉，均匀加热到220℃，保温2.5h。
本发明还提供了所述的UD21整体锻压辙叉用合金钢在制造整体锻压辙叉中的应用。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)本UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械强度高，韧性高，含氢量低，残余奥氏体含量低,氢含量检验结果＜0.1ppm，远低于现行相关标准的技术要求，其残余奥氏体含量＜3％，远低于既有拼装的合金钢组合辙叉材料。和同类辙叉用合金钢相比本发明加入微量的硼(0.0003～0.0006％),充分利用硼在相变动力学上的重要特性,加入硼可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上的形核,并可使贝氏体转变曲线变得扁平,从而在低碳的情况下,在较宽冷却速度范围内都可得到贝氏体组织。另外，由于硼推迟了铁素体的形核过程(但并不影响奥氏体或铁素体基体的热力学性能，也就是说硼可以降低铁素体的形核速率，但并不影响其长大速率以及珠光体和马氏体的形成速度)而提高钢的淬透性。
(2)本发明UD21整体锻压辙叉用合金钢适用于整体锻压辙叉的制造，使用寿命可达通过总重4亿吨。
(3)本发明UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺操作简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明UD21整体锻压辙叉用合金钢热处理工艺的示意图。
附图标记说明
X-加热时间；Y-加热温度。
具体实施方式
实施例一
一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其创新之处在于：包括如下重量百分比的化学组分：
C：0.21％；Si：1.1％；Mn：2.2％；Mo：0.35％；Cr：0.14％；Ni：0.40％；B：0.0005％；Al:0.0175％；S：0.015％；P：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其创新之处在于：包括如下步骤：
(1)淬火加热：均匀加热到880℃，保温2.5h，硝盐冷却，得到奥氏体；
(2)等温淬火：工件进入375℃等温槽，等温1.25h，出炉空冷，得到下贝氏体；
(3)回火、空冷：工件进入回火炉，均匀加热到220℃，保温2.5h，开启炉门，空冷至室温，组织为下贝氏体。
本实施例中的UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械性能见表1。
实施例二
一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其创新之处在于：包括如下重量百分比的化学组分：
C：0.17％；Si：0.9％；Mn：2.0％；Mo：0.3％；Cr：0.13％；Ni：0.34％；B：0.0003％；Al:0.015％；S：≤0.015％；P：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其创新之处在于：包括如下步骤：
(1)淬火加热：均匀加热到900℃，保温2h，硝盐冷却，得到奥氏体；
(2)等温淬火：工件进入400℃等温槽，等温1h，出炉空冷，得到下贝氏体；
(3)回火、空冷：工件进入回火炉，均匀加热到190℃，保温2h，开启炉门，空冷至室温，组织为下贝氏体。
本实施例中的UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械性能见表1。
实施例三
一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其创新之处在于：包括如下重量百分比的化学组分：
C：0.25％；Si：1.3％；Mn：2.4％；Mo：0.4％；Cr：0.15％；Ni：0.45％；B：0.0006％；Al:0.02％；S：≤0.015％；P：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其创新之处在于：包括如下步骤：
(1)淬火加热：均匀加热到880℃，保温3h，硝盐冷却，得到奥氏体；
(2)等温淬火：工件进入350℃等温槽，等温1.5h，出炉空冷，得到下贝氏体；
(3)回火、空冷：工件进入回火炉，均匀加热到250℃，保温3h，开启炉门，空冷至室温，组织为下贝氏体。
本实施例中的UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械性能见表1。
表1 UD21整体锻压辙叉用合金钢经不同热处理工艺的机械性能指标
综上可知，本发明各实施例中UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械性能抗拉强度≥1350Mpa，屈服强度≥1050Mpa，延伸率≥13％，断面率≥55％，洛氏硬度HRC 38～45；冲击吸收能量≥60J(20℃)，冲击吸收能量≥30J(-40℃)氢含量＜0.1ppm，残余奥氏体含量＜3％。本发明UD21整体锻压辙叉用合金钢及其热处理工艺具有机械强度高，韧性高，含氢量低，残余奥氏体含量低的特性，可以满足整体锻压辙叉的使用要求。
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 (7)

1.一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其特征在于：包括如下重量百分比的化学组分：
C：0.17-0.25％；Si：0.9-1.3％；Mn：2.0-2.4％；Mo：0.3-0.4％；Cr：0.13-0.15％；Ni：0.34-0.45％；B：0.0003-0.0006％；Al:0.015～0.02％；S：≤0.015％；P：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其特征在于：包括如下重量百分比的化学组分：
C：0.21％；Si：1.1％；Mn：2.2％；Mo：0.35％；Cr：0.14％；Ni：0.40％；B：0.0005％；Al:0.0175％；S：0.015％；P：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种UD21整体锻压辙叉用合金钢，其特征在于：所述UD21整体锻压辙叉用合金钢的机械性能：抗拉强度≥1350Mpa，屈服强度≥1050Mpa，延伸率≥13％，断面率≥55％，洛氏硬度HRC 38～45；20℃时的冲击吸收能量≥60J，-40℃时的冲击吸收能量≥30J，氢含量＜0.1ppm，残余奥氏体含量＜3％。
4.一种如权利要求1所述的UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)淬火加热：均匀加热到850-900℃，保温2-3h，硝盐冷却，得到奥氏体；
(2)等温淬火：工件进入350-400℃等温槽，等温1-1.5h，出炉空冷，得到下贝氏体；
(3)回火、冷却：工件进入回火炉，均匀加热到190-250℃，保温2-3h，开启炉门，空冷至室温，组织为下贝氏体。
5.根据权利要求4所述的一种UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)中均匀加热到880℃，保温2.5h。
6.根据权利要求4所述的一种UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中进入到375℃等温槽，保温1.25h。
7.根据权利要求4所述的一种UD21整体锻压辙叉用合金钢的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)中进入回火炉，均匀加热到220℃，保温2.5h。
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