CN1165634C - 高速列车铁路减振用弹簧钢及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度、高塑韧性、低成本弹簧钢，主要用于制造高速列车铁路减振弹簧，亦可用于制造汽车悬挂弹簧及其它要求高强度高塑韧性的弹簧。通过采用控轧控冷工艺，其参数为加热温度1010℃～1050℃；开轧温度980℃～1000℃；终轧温度830℃～880℃和热处理工艺，其参数为加热温度：900℃×25～30min油淬火；回火温度：390℃～400℃×120min水冷回火，实现钢显微组织为铁素体和细片状珠光体，混合比率铁素体含量约10%～20%；具有很高的强度和塑性σ_b≥1900MPa、σ_s≥1730MPa，δ≥17%和ψ≥38%。本发明的弹簧钢使用廉价原材料，成本低。

Description

高速列车铁路减振用弹簧钢及制造方法

本发明属于金属材料弹簧钢类及其制造方法。

目前，国产弹簧钢执行GB/T1222-1984(弹簧钢)，其中力学性能抗拉强度最高的60Si2CrVA σb≥1860MPa，而其塑性δ₅≥6％、国外，日本弹簧钢执行JISG4801-1984(弹簧钢)，力学性能σb≥1230MPa，δ≥9％、 俄罗斯米切尔公司实物特性指标σb≥1650MPa，δ≥10％、

高速列车需要减振装置，国外的高速列车时速均达到300km/h～400km/h，采用气垫减震，不使用弹簧钢。我国铁路提速达到200km/h，需要高速列车减振用的高强度、高塑韧性弹簧，其力学性能指标为σb≥1860MPa，δ≥9％、

。当前的弹簧钢达不到要求，主要是塑韧性偏低。南韩浦项综合制铁株式会社发明的高强度、高韧性弹簧钢(中国专利94191328.7公开)，其化学成分(重量％)：C 0.5～0.7、Mn 0.3～1.5、Si 1.0～3.5、Cr 0.3～1.0、V(或Nb)0.05～0.5、P≤0.02、S≤0.02、Ni 0.5～5.0及Fe余。通过调整和控制C、Si和加入价格昂贵的Ni，获得高抗下陷能力(抗变形力)。主要用于悬架汽车的圈式和板式弹簧钢。

本发明的目的在于提供一种低成本、高强度、高塑韧性，适用于高速列车铁路减震用弹簧钢及制造方法。其中通过降低C含量提高钢的塑性，增加Mn量以补充由于降低C含量而使强度恶化，并且又不损失塑性，增加Cr防止脱碳，加入少量的Mo增加回火稳定性。同时提供一种低成本、高强度、高塑韧性高速列车铁路减震用弹簧钢制造方法，其中包括控制轧制、控制冷却工艺和热处理工艺。

本发明采用如下技术方案：

本发明中的弹簧钢成分(重量％)：C 0.48～0.54、Mn 1.15～1.45、Si 1.30～1.60、Cr 0.80～1.10、P≤0.020、S≤0.020、V 0.15～0.25、Mo≤0.10及余量的Fe。弹簧钢显微组织为铁素体和细片状珠光体，其混合比率：铁素体含量为10％～20％。

本发明提供一种弹簧钢制造工艺，是按给出的化学成分配比进行配料→电炉+LF炉精炼+VD真空处理冶炼→模铸→红转→初轧开坯→探伤、修磨→轧制→精整、热处理→包装入库。

其中控制轧制控制冷却工艺制度：

加热温度1010℃～1050℃；

开轧温度980℃～1000℃；

终轧温度830℃～880℃。

其中热处理工艺制度：

加热温度：900℃±30℃×25～30min油淬火；

回火温度：390℃～400℃×120min水冷回火。

下面将化学成分选定范围的理由阐述如下：

C：亚共析钢随C含量增加，铁素体相对量减少，珠光体相对量增加，且残余奥氏体r_R数量增加。经研究，当C≤0.50％时C含量增加对塑性降低影响不大，当C≥0.50％时，随C含量增加塑性急剧降低，屈强比(σ_0.2/σ_b)亦降低，残余奥氏体量增加，导致疲劳强度下降。因此C含量应控制得偏低些，保证弹簧钢的设计要求r_R＜23％。故碳含量选定0.48％～0.54％。

Si：Si在钢中不形成碳化物，是影响钢中碳化物形态和间距的重要元素，可提高抗弹性减退能力。Si≥1.00％时，碳化物基本呈颗粒状；随着Si含量增加，碳化物颗粒愈加细小、间距将减小；当Si≥1.5％时，碳化物颗粒大小、间距将无大变化，抗弹性减退能力亦无大变化；当Si≥2.0％时，塑韧性

显著降低。因此定在1.30％～1.60％。

Mn：有细化珠光体提高强度、增强淬透性的作用。由于C含量的调低，导致强度损失由Mn弥补。统计分析表明，C含量增加0.10％所提高的强度与Mn增加0.30％所提高的强度相当。Mn含量偏低时，淬火时弹簧钢芯部马氏体转变不充分，而Mn≥1.50％时，有使晶粒粗化降低韧性。因此锰应控制在1.15％～1.45％。

Cr：Cr能显著增加钢的淬透性。Cr与C的亲和力强于Fe和Mn，可抑制由于Si高而产生的脱碳。但Cr≥1.50％时，钢的回火组织不均匀，不利于抗弹性减退能力，故控制在0.80％～1.10％。

V：加入合金元素V，可有效减小低温轧制时晶粒尺寸，并且在淬-回火时形成沉淀硬化，控制在0.15％～0.25％。

Mo：少量的Mo增加回火稳定性。Mo≤0.10％。

p≤0.020％、S≤0.020％，及余量的Fe。

本发明限定工艺制度条件的理由阐述如下：

本发明提供的制造方法，其中轧制工序采取控制轧制控制冷却工艺，工艺参数：

加热温度1010℃～1050℃；

开轧温度980℃～1000℃；

终轧温度830℃～880℃。

轧制工序分为三个阶段：

①轧制温度控制在奥氏体再结晶区域，反复轧制反复再结晶，使奥氏体晶粒细化；

②随轧制温度下降在奥氏体非再结晶区域轧制使奥氏体晶粒再细化；

通过上述两个过程主要是控制生成组织和形态(单位组织的细化程度)。

③轧后经冷却，得到理想的F+P混合比率：F含量10％～20％和细片状的P组织。

控制轧制控制冷却工艺，为热处理提供了良好的组织。

本发明提供的制造方法，其中热处理工序工艺参数：

加热温度：900℃±30℃×25～30min；

油淬火；

回火温度：390℃～400℃×120min水冷回火。

淬火温度控制在900℃左右，温度低碳化物不能充分固溶，温度过高将导致晶粒长大；回火温度控制在430℃±50℃，是根据对弹簧的不同使用要求，选择不同的回火温度。温度偏低强度提高，但塑性降低；温度偏高塑性提高，但强度降低，因此本发明是根据高速列车铁路减振用弹簧钢性能要求选择回火温度的。

本发明与现有技术相比有如下优势：

第一使用廉价原材料(如高C-Cr等。原材料总成本比含Ni钢可低1000元～3000元/t钢)和采用先进轧制方法具有较高经济效益。

第二同样显著提高钢材的综合力学性能，尤其是塑性大幅度提高：σb≥1860MPa、σs≥1650MPa、δ≥9％和

第三本发明的弹簧钢通用性较强。通过回火温度的调整，可提供不同的弹簧性能，不仅适用于高速列车铁路减振用弹簧，亦可适用于汽车悬挂弹簧以及其它领域使用的通用型弹簧。

本发明的具体实施例：

按本发明化学成分配比配料两炉炼钢。

实施例1

炉号：010₁₂₁₄

轧制工序工艺参数：

加热温度1030℃～1050℃；

开轧温度980℃～1000℃；

终轧温度830℃～850℃。

经900℃×25min油淬火，后再经390℃×120min(水冷)回火。力学性能为：σb≥1940MPa，σs≥1760MPa，δ≥9％和

实施例2

炉号010₁₂₁₅

轧制工序控制轧制控制冷却工艺参数：

加热温度1010℃～1050℃；

开轧温度980℃～1000℃；

终轧温度850℃～880℃。

经900℃×30min油淬火，后再经400℃×120min(水冷)回火。

力学性能为：σb≥l900MPa，σs≥1730MPa，δ≥11％和

通过实施例1和2，可见只要采用规定的化学成分范围内的成分配比、轧制工艺制度及热处理工艺制度，其都获取了较高的强度和塑性。

Claims (2)

1一种高速列车铁路减振用弹簧钢，化学成分配比按重量百分比为C0.48％～0.54％、Mn1.15％～1.45％、Si1.30％～1.60％、Cr0.80％～1.10％、P≤0.020％、S≤0.020％、V 0.15％～0.25％、Mo≤0.10％及余量的Fe，其特征在于显微组织为铁素体和细片状珠光体，其混合比率：铁素体含量10％～20％。

2权利要求1所述高速列车铁路减振用弹簧钢的制造工艺流程为，配料后电炉+LF炉精炼+VD真空处理-模铸-红转带温转移-开坯-探伤、修磨-轧制-精整、热处理-包装入库，其特征在于轧制采取控轧控冷工艺，参数为：

    加热温度1010℃～1050℃；

    开轧温度980℃～1000℃；

    终轧温度830℃～880℃。

3权利要求1所述高速列车铁路减振用弹簧钢的制造工艺流程为，配料后电炉+LF炉精炼+VD真空处理-模铸-红转带温转移-开坯-探伤、修磨-轧制-精整、热处理-包装入库，其特征在于热处理工艺制度为：

    加热温度：900℃×25～30min油淬火；

    回火温度：390℃～400℃×120min水冷回火。