CN111979387B - 一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，属于弹簧钢热处理方法技术领域。为减少直径为Ф13mm的38Si7棒材表面脱碳层深度并使其具有良好的综合力学性能，本发明提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火，其中加热温度为880～900℃并保温30～40min；回火温度为430～450℃，保温时间为60～90min。本发明在提高弹簧钢38Si7综合力学性能的同时，将棒材表面完全脱碳层深度降至90～150μm，能够满足高速铁路扣件对于弹簧钢38Si7性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于弹簧钢热处理方法技术领域，尤其涉及一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法。
背景技术
当前，我国的高速铁路经历快速发展时期，进一步提高铁路运输的速度是未来发展的重要趋势。在此情况下，制造铁路火车的各种零部件材料也应该要满足其提速的性能。以铁路火车设计制造的要求为标准，对铁路提速的专用弹簧以及弹簧钢进行研究已经成为当前研究的重点内容。
目前铁路轨道系统的主要部件由轨枕、扣件、钢轨、路基组成，而扣压件、弹性基板、紧固件等各种部件又构成了一个复杂的扣件系统。如今高速铁路扣件主要采用弹性扣件系统，它通过弹条的弯曲和扭曲变形，产生扣压力作用在轨道上，长期有效地保证钢轨之间的可靠连接，尽可能保持轨道的整体性，阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动，确保轨距正常，从而保证轨道车辆行驶安全。其中较先进的典型扣压件弹条用弹簧钢为德国引进的38Si7材料，弹簧钢38Si7从德国引进时主要采用德国的标准BS-EN-10089-2002，要求热处理后材料的力学性能需满足如下要求：抗拉强度1300～1600MPa、屈服强度≥1150MPa、伸长率≥8％、断面收缩率≥35％。
为了满足使用过程中具有良好的表面质量和综合力学性能以满足高铁提速的要求，需要配合合理的热处理方法来实现。然而现有热处理方法主要适用于直径为Ф9mm的38Si7轧材，针对直径更大的38Si7轧材尚无能够改善表面脱碳层控制以及冲击韧性控制的热处理方法。
发明内容
为减少直径为Ф13mm的38Si7棒材表面脱碳层深度并使其具有良好的综合力学性能，本发明提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法。
本发明的技术方案：
一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火，所述加热为将38Si7棒材加热至充分奥氏体化，加热温度为880～900℃。
进一步的，所述加热温度为880℃、890℃或900℃。
进一步的，所述38Si7棒材加热至恒定温度后保温30～40min。
进一步的，所述38Si7棒材的加工尺寸为直径Ф13mm的38Si7棒材。
进一步的，所述中温回火的温度为430～450℃。
进一步的，所述中温回火的温度为430℃、440℃或450℃。
进一步的，所述中温回火的保温时间为60～90min。
进一步的，所述弹簧钢38Si7的化学成分质量百分比为：0.35％～0.42％C、1.50％～1.80％Si、0.50％～0.80％Mn、Cr≤0.35％、Ni≤0.10％、P≤0.025％、S≤0.025％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明的有益效果：
本发明提供的热处理方法针对直径为Ф13mm的38Si7棒材，在提高弹簧钢38Si7综合力学性能的同时，减少了棒材表面完全脱碳层的深度。采用本发明热处理方法处理后，弹簧钢38Si7棒材的表面完全脱碳层深度降至90～150μm；抗拉强度为1300～1400MPa，屈服强度为1250～1350MPa，伸长率为12～16％，断面收缩率为55～60％，冲击功KU2为45～50J，具有良好的综合力学性能，保证棒材具有良好的强度、塑性和韧性，同时成本不高，能够满足高速铁路扣件对于弹簧钢38Si7性能的要求。
附图说明
图1为实施例1热处理后的38Si7棒材的脱碳层形貌照片；
图2为实施例2热处理后的38Si7棒材的脱碳层形貌照片；
图3为对比例1热处理后的38Si7棒材的脱碳层形貌照片；
图4为对比例2热处理后的38Si7棒材的脱碳层形貌照片；
图5为对比例3热处理后的38Si7棒材的脱碳层形貌照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
本实施例提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，本实施例所述的弹簧钢为38Si7钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.39％C、1.73％Si、0.68％Mn、0.009％P、0.006％S、0.21％Cr、0.02％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例具体热处理方法包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火。
(1)首先将38Si7钢加工成直径为Ф13mm的38Si7棒材，然后进行淬火方法，将棒材加热至880℃并保温30min，使棒材充分奥氏体化。
奥氏体化加热温度主要根据钢的相变临界点和脱碳层敏感区间确定，亚共析钢通常加热到Ac3以上30℃～50℃。加热温度过低，奥氏体化不充分，而过高导致奥氏体晶粒粗化，均不利于获得目标组织和性能；此外，不同实验钢的脱碳层敏感区间不同，加热温度过高和过低均会造成脱碳层深度的增加。保温时间过短，奥氏体化不充分，过长则导致奥氏体晶粒粗化和脱碳层深度的增加，同样均不利于获得目标组织和性能。
(2)保温完毕的棒材进行水淬，水淬至室温；然后进行中温回火处理，将棒材加热到450℃并保温90min，回火后空冷至室温。
为了保证弹簧钢具有良好的弹性，因此采用中温回火。回火温度过低，钢的塑韧性不够，而过高导致回火后的强度下降，均不能满足目标性能。回火温度过短，钢的塑韧性不够，而过长则影响强度且增加成本。本实施例的材的水淬和中温回火方法，有效控制棒材表面的完全脱碳层，保证棒材具有良好的强度、塑性和韧性，同时成本不高。
实施例2
本实施例提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，本实施例所述的弹簧钢为38Si7钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.39％C、1.73％Si、0.68％Mn、0.009％P、0.006％S、0.21％Cr、0.02％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例具体热处理方法包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火。
(1)首先将38Si7钢加工成直径为Ф13mm的38Si7棒材，然后进行淬火方法，将棒材加热至900℃并保温40min，使棒材充分奥氏体化。
(2)保温完毕的棒材进行水淬，水淬至室温；然后进行中温回火处理，将棒材加热到430℃并保温90min，回火后空冷至室温。
实施例3
本实施例提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，本实施例所述的弹簧钢为38Si7钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.39％C、1.73％Si、0.68％Mn、0.009％P、0.006％S、0.21％Cr、0.02％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例具体热处理方法包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火。
(1)首先将38Si7钢加工成直径为Ф13mm的38Si7棒材，然后进行淬火方法，将棒材加热至890℃并保温35min，使棒材充分奥氏体化。
(2)保温完毕的棒材进行水淬，水淬至室温；然后进行中温回火处理，将棒材加热到440℃并保温80min，回火后空冷至室温。
对比例1
本对比例提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，本实施例所述的弹簧钢为38Si7钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.39％C、1.73％Si、0.68％Mn、0.009％P、0.006％S、0.21％Cr、0.02％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。
本对比例具体热处理方法包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火。
(1)首先将38Si7钢加工成直径为Ф13mm的38Si7棒材，然后进行淬火方法，将棒材加热至860℃并保温50min，使棒材充分奥氏体化。
(2)保温完毕的棒材进行水淬，水淬至室温；然后进行中温回火处理，将棒材加热到470℃并保温90min，回火后空冷至室温。
对比例2
本对比例提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，本实施例所述的弹簧钢为38Si7钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.39％C、1.73％Si、0.68％Mn、0.009％P、0.006％S、0.21％Cr、0.02％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。
本对比例具体热处理方法包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火。
(1)首先将38Si7钢加工成直径为Ф13mm的38Si7棒材，然后进行淬火方法，将棒材加热至880℃并保温40min，使棒材充分奥氏体化。
(2)保温完毕的棒材进行水淬，水淬至室温；然后进行中温回火处理，将棒材加热到470℃并保温60min，回火后空冷至室温。
对比例3
本对比例提供了一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，本实施例所述的弹簧钢为38Si7钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.39％C、1.73％Si、0.68％Mn、0.009％P、0.006％S、0.21％Cr、0.02％Ni，余量为Fe及不可避免杂质。
本对比例具体热处理方法包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火。
(1)首先将38Si7钢加工成直径为Ф13mm的38Si7棒材，然后进行淬火方法，将棒材加热至900℃并保温30min，使棒材充分奥氏体化。
(2)保温完毕的棒材进行水淬，水淬至室温；然后进行中温回火处理，将棒材加热到470℃并保温75min，回火后空冷至室温。
对实施例1、实施例2和对比例1-3热处理后的38Si7钢进行力学性能的测量，结果如表1所示。
表1
由表1数据可以看出，热处理后直径为Ф13mm的38Si7棒材具有良好的综合力学性能，抗拉强度为1300～1400MPa，屈服强度为1250～1350MPa，伸长率为12～16％，断面收缩率为55～60％，冲击功KU2为45～50J；表面完全脱碳层深度为90～150μm。可见，通过该热处理方法后，其抗拉强度、屈服强度、伸长率以及断面收缩率均能满足德国的标准BS-EN-10089-2002对弹簧钢38Si7热处理后的性能要求，同时，热处理后冲击韧性良好。
对比例1-3热处理后直径为Ф13mm的38Si7棒材抗拉强度为1200～1300MPa，屈服强度为1100～1200MPa，不能满足德国的标准BS-EN-10089-2002对38Si7热处理后的性能要求(抗拉强度1300～1600MPa、屈服强度≥1150MPa)；此外，表面完全脱碳层深度也较深，最高达到203.3μm。
Claims (1)
1.一种兼具控制表面脱碳和力学性能的弹簧钢38Si7的热处理方法，包括38Si7棒材加工准备→加热→水淬→中温回火，其特征在于，所述加热为将直径Ф13mm的38Si7棒材加热至充分奥氏体化，加热温度为880℃；所述38Si7棒材加热至恒定温度后保温30min；所述中温回火的温度为450℃；所述中温回火的保温时间为90min；所述弹簧钢38Si7的化学成分质量百分比为：0.35％～0.42％C、1.50％～1.80％Si、0.50％～0.80％Mn、Cr≤0.35％、Ni≤0.10％、P≤0.025％、S≤0.025％，余量为Fe及不可避免杂质。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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