[发明专利]一种耐大气腐蚀的高速列车用弹簧钢及热处理工艺

说明书

技术领域：

本发明属于合金钢领域，特别提供了一种优异耐大气腐蚀性能的高速列车用弹簧钢的成分设计和热处理工艺。

技术背景：

为了满足国内日益增长的快速铁路客运服务需要，全面实现铁路装备现代化和装备制造业现代化和中国铁路跨越式发展，我国全面引进了国外高速铁路动车组相关设计和制造技术，时速200km及以上的动车组首次于2007年4月18日在全国铁路第六次大面积提速之后开始运行。

转向架是铁路列车实现高速的关键部件之一，是高速列车的关键构件，在动车组运行中起着承载、牵引、缓冲、转向和制动等作用，转向架技术是动车组的关键技术之一。而高速列车用弹簧钢是一种用于制造高速列车转向架用钢弹簧的关键材料，是承载车厢的安全器件，其服役性能对高速列车安全运行非常重要。目前我国新造铁路车辆车体全部采用耐候钢，采用耐候钢配合其它措施会使货车厂修期延长2年以上，耐候钢耐蚀性能比热镀锌零件寿命延长50％以上。而且我国西南部酸雨及全国范围内大气污染问题已威胁到了零部件使用寿命。据车辆企业统计，目前钢弹簧因腐蚀引起的破坏占其破坏总数的20％以上。因此，提高弹簧钢材料的耐大气腐蚀性能，对于提高弹簧寿命和使用安全性具有非常重要的意义。对于高速列车的安全而言，弹簧疲劳破坏脆断造成的事故危害很大。Al₂O₃等脆性夹杂物对弹簧的疲劳性能非常有害，因此弹簧钢材料必须严格控制Al以及杂质元素等含量，以避免弹簧脆断造成事故。

在高速列车用钢弹簧的生产过程中，热处理工艺，主要是淬火和回火温度以及保温时间等关键工艺参数对钢弹簧的性能影响很大，回火温度波动10℃会造成洛氏硬度波动1HRC，对拉伸性能、冲击性能也会产生影响。因此，优化钢弹簧材料成分设计，选用合适的淬火处理温度、回火工艺温度以及保温时间，对高速列车钢弹簧的生产具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供了一种优异耐大气腐蚀性能的高速列车用弹簧钢的成分设计和热处理工艺。采用本发明生产的高速列车用钢弹簧除了具备高的屈服强度(≥1400MPa)、抗拉强度(≥1500MPa)、延伸率(≥9.5％)和高的室温冲击功(≥20J)，良好的疲劳性能等，还具有优异的耐大气腐蚀性能。

本发明的技术方案是：

一种高速列车用弹簧钢的成分设计，在常规弹簧钢主合金元素C、Mn、Cr、V等的基础上，加入0.15～0.25％的Cu，以获得优异的耐大气腐蚀性能；同时严格控制Al、S、P、O、N等含量，以保证弹簧的优良疲劳性能。按重量百分比计，本发明的化学成分范围为：

C：0.47％～0.55％，Si：≤0.40％，Mn：0.70～1.10％，Cr：0.90～1.20％，V：0.10～0.25％，Cu：0.15～0.25％，Al：≤0.030％，S：≤0.015％，P：≤0.015％，O：≤0.005％，N：≤0.010％，Fe：其余。

在本发明上述弹簧钢的化学成分范围内，热处理工艺主要特点为：

(1)淬火温度850～900℃，淬火方式为油淬；

(2)回火温度460～480℃，保温时间30～60分钟，随后空冷或水冷。

除了上述的关键工艺参数外，其他工艺参数为铁路列车用钢弹簧的常规工艺技术。

本发明的有益效果是：

采用这种设计的化学成分和热处理工艺，可以生产出优良综合力学性能、良好疲劳性能、优异耐大气腐蚀性能的高速列车用钢弹簧，对于提高我国高速列车用钢弹簧的寿命和使用安全性具有重要意义。

附图说明：

图1为本发明高速列车用钢弹簧材料的截面硬度分布与回火温度关系图。其中，(a)实施例1；(b)实施例2。

图2为本发明高速列车用钢弹簧材料和对比材料周期浸润腐蚀实验的扫描电镜形貌。其中，(a)实施例1；(b)实施例2；(c)对比材料。

图3为本发明高速列车用钢弹簧材料周期浸润腐蚀实验腐蚀产物的扫描电镜能谱分析结果。

图4为本发明高速列车用钢弹簧材料和对比材料模拟酸雨干湿交替腐蚀实验的扫描电镜形貌。其中，(a)实施例1；(b)对比材料。

图5为本发明高速列车用钢弹簧材料模拟酸雨干湿交替腐蚀实验腐蚀产物的扫描电镜能谱分析结果。

具体实施方式：

实施例：

实施例1、实施例2和对比材料的化学成分如表1所示，其常规熔炼和轧制过程如下：

铁水预处理→电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连轧成方坯→缓冷→加热炉加热→轧制成圆棒料→冷却→矫直→磨光。