[发明专利]铁路工务弹条用高疲劳性能弹簧钢

说明书

本发明涉及一种硅锰弹簧钢，特别适用于铁路工务弹条用高疲劳性能弹簧钢。

多年来，我国铁路工务弹条一直采用60Si₂Mn弹簧钢制造，这种钢由于成分中含碳、硅元素较多，冶炼轧制较难控制，硬度高，轧制、成型抗力都较大，脱碳敏感性强，易造成表面脱碳，影响疲劳寿命的提高。特别是在弹簧生产过程中淬火时，产生大量油烟污染环境，且不安全。由于钢的这些缺陷而直接影响了弹条的质量问题。初步统计，目前工务弹条年用量在5000万件以上，除去新线铺设外，有相当的数量是用于换修。仅弹条一项总费用支出就达1亿5千万元以上。

基于上述原因，国外大都不再直接使用60Si₂Mn弹簧钢了，而是对这类钢种进行了不同程度的研究和改造。改善和提高弹簧钢的质量主要有如下途径：

1、采用(炉外)精炼和真空脱气，提高钢的纯净度，进行内在质量的控制。但我国目前实施起来尚有一定难度。

2、增加合金成分含量，如Mo，Cr，Nb，V等元素，此举虽较为理想，但因成本较高，亦不合国情。

3、合理微调化学成分，研制中碳硅锰弹簧钢。降低碳硅元素含量，以减少表面的脱碳和折迭，提高综合性能。

4、采用水作淬火剂，研究开发水淬火弹簧钢。

目前世界各国根据自己国情，都在开发新的比现有60Si₂Mn弹簧钢性能优越的水淬火硅锰弹簧钢品种，替代60Si₂Mn弹簧钢。

本发明的目的是克服现有60Si₂Mn弹簧钢性能不稳定，切应力大，硬度偏高，脱碳敏感，疲劳寿命较低、油淬火、污染环境等缺点，提供一种适宜于制造的铁路工务弹条用高疲劳性能的新型的水淬硅锰弹簧钢。

本发明的技术方案是这样实现的：一种铁路工务弹条用高疲劳性能弹簧钢是对现有的硅锰弹簧钢的改进，它不但淬透性好，疲劳寿命高、不易脱碳、再加工性能优良，且淬火剂以水代油，既降低了弹簧成本，又减轻了环境污染，针对60Si₂Mn钢的主要缺点，首先降低能造成表面脱碳敏感的碳硅元素含量，但为了保证有足够的淬透性，又在现有元素基础上，做了必要的微合金化处理，改进了热处理工艺，其特殊之处在于：

1、化学成分(以质量百分比计)：C 0.26％～0.42％，Si 1.4％～2.0％，Mn 0.60％～1.0％，P、S≤0.030％，Cr、V、Ni≤0.35％，Cu≤0.25％，Bs0.003％～0.0008％，余量为Fe组成。

2、热处理工艺：淬火介质为：水溶液。

水淬火温度800℃～1000℃，回火温度300℃～480℃。

本发明的弹簧钢与现有60Si₂Mn弹簧钢相比具有以下优点：

1、本发明的弹簧钢由于降碳幅度较大，使轧制和成形抗力减小，脱C敏感性减弱，表面质量和疲劳寿命明显提高。

2、本发明的弹簧钢属水淬弹簧钢。水淬弹簧钢不但具有淬透性高、不易脱碳、再加工性能好等优点，而且淬火以水代油既降低了弹簧成本，又减轻了环境污染，深受欢迎。

3、本发明的弹簧钢的回火温度比60Si₂Mn钢低，据生产厂估算，每个弹条仅电耗一项可至少节省0.05元，则全路年节省在二千六百万元以上。具有节能环保等优势可带来显著的社会经济效益。

现结合附图和表格对本发明做进一步描述：

图1为淬火钢中含碳量与板条马氏体、片状马氏体及残余奥氏体量的相对关系图。

图2为热轧状态下金相组织图。

图3为淬火板条状马氏体组织图。

图4为回火屈氏体组织图。

图5为几种硅锰弹簧钢的末端淬透曲线图。

图6为影响硅锰弹簧钢脱C敏感性图。

表1为本发明钢与60Si₂Mn弹簧钢的有关参考比较表。

表2为用本发明钢和60Si₂Mn弹簧钢制造的弹条有关参考比较表。

早在六、七十年代，国外一些先进工业国家便开始对弹簧钢的进一步发展做了大量研究工作。在研究开发油淬火的同时，也研究了水淬火钢，有些已收入国际标准中。例如，德国应用38S₁₇(DIN17221-72)制造的弹条，其疲劳寿命超过我国60Si₂Mn弹条两倍。该钢用水作淬火剂，能冷成型，冶炼轧制性能均优于60Si₂Mn。