[发明专利]一种弹簧钢及其制造和热处理方法

说明书

技术领域

本发明属黑色金属材料制造加工技术领域，具体地说，涉及冶金行业一种弹簧钢及其制造方法，该弹簧钢可用于制造高速铁路轨道扣件。

背景技术

国内的高速铁路提速前，列车时速为120-180公里/小时，铁路轨道扣件的弹簧钢以高碳的化学成分设计为主，例如C 0.56～0.64％、Si 1.60～2.00％、Mn 0.70～1.00％、Cr≤0.35％、Ni≤0.25％、P≤0.025％、S≤0.0250％，其制造工艺通常为：初炼→LF精炼(高碱度渣、铝脱氧)→VD精炼→连铸→加热→轧制→检测→合格入库→用户使用采用热卷簧成型→采用油淬火、油回火进行调质处理，这种弹簧钢具有一定的强度(抗拉强度≥1600Mpa)、韧性及塑性(断面收缩率≥30％)。

现代钢轨扣件系统为能适应高速化、环保化、省力化和可调化四大基本准则，正在向着低刚度、长寿命、低成本及其相互协调的技术方向发展。铁路提速后，列车时速提高到350公里/小时，其对铁路轨道扣件用的弹簧钢提出了严格的要求，具体涉及机械性能(抗拉强度≥1200Mpa、断面收缩率≥35％，热轧态的断面收缩率≥52％)，钢中非金属夹杂物的组成、分布、形状、数量(K3≤30)，残余元素(P≤0.010％、S≤0.010％、气体含量([O]≤12ppm)，脱碳层(≤1.0％D)，显微组织及其均匀性(石墨碳含量应小于等于1.5级)，晶粒度(≥7级)，表面质量(表面缺陷≤0.10mm)等。相比之下，传统的铁路扣件用弹簧钢材料及制造方法尚存在以下不足之处：

(1)碳含量高(0.56～0.64％C)，钢材强度高(抗拉强度≥1600Mpa)、韧性及塑性低(断面收缩率≥30％)；

(2)传统的弹簧钢的冶炼采用铝脱氧、高碱度渣真空精炼技术，钢中的脆性夹杂物Al₂O₃不易于上浮去除，并且气体含量较高；

(3)由于碳含量高，钢材在轧制及热加工过程中脱碳敏感性强，脱碳层厚(1.5％D)，扣件使用过程中疲劳寿命低；

(4)由于传统的弹簧钢的碳含量高为0.54-0.64％，钢材硬，用户在使用过程中需采用加热后热成型，同时由于碳含量高，淬火和回火过程热应力大，如果采用水介质，会引起钢材的应力裂纹，必须采用油淬火、油回火，增加工序及能耗，生产效率低。

由此可见，为适应我国铁路跨越式发展，有必要开发可用于制造高速铁路轨道用扣件的弹簧钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹簧钢，其可以冷成型的加工方法制造高速铁路轨道扣件。

本发明的另一个目的在于提供上述弹簧钢的一种制造方法。

本发明的另一个目的在于提供上述弹簧钢的一种调质热处理方法，其可以使上述弹簧钢的屈服强度(Rm)≥1000MPa，抗拉强度(Rp0.2)≥1200MPa，延伸率(A)≥6％，断面收缩率(Z)≥30％，满足高速铁路轨道的扣件要求。

本发明所提供的弹簧钢，其成分质量百分比为：C 0.3～0.5％、Si 1.0～2.5％、Mn 0.3～1.5％、Cr 0.1～1.0％、Ni 0.01～0.30％、Cu≤0.15％、P≤0.010％、S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述弹簧钢的成分满足C 0.35～0.45％、Si 1.5～2.3％、Mn0.50～1.0％以及Cr 0.10～0.50％。

优选地，所述弹簧钢的成分满足C 0.37～0.39％、Si 1.67～1.71％、Mn0.69～0.73％、Cr 0.19～0.21％以及Ni 0.07～0.10％。

本发明所提供的上述弹簧钢的制造方法包括：

(1)初炼、精炼和连铸浇注，

所述精炼采用Si脱氧；

(2)加热、控制轧制和控制冷却，

所述加热的均热温度950～1000℃，保温时间≥2小时，钢坯出炉温度950～1000℃，阴阳面温差≤40℃，

所述控制轧制中轧机进口温度为800～860℃，

所述控制冷却的冷却速度为40～80℃/h。

优选地，步骤(1)的初炼在电弧炉中进行，出钢条件为T≥1620℃、[P]≤0.010％和[C]≥0.05％。

优选地，步骤(1)的精炼为钢包精炼，其中加入SiFe粉和/或SiC粉脱氧，所有成分满足要求后开始吊包。