阅读说明：本技术 一种生产高强度SiCrV弹簧钢的热处理方法 (Heat treatment method for producing high-strength SiCrV spring steel ) 是由 李秋志 王德炯 沈朴恒 王杨 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生产高强度SiCrV弹簧钢的热处理方法,含有的化学成分及其重量百分比为,C:0.56-0.64％,Si：1.40％-1.80％,Mn：0.40-0.70％,Cr：0.90-1.20％,V:0.10-0.20％,其余部分为铁和不可去除的残余,所述热处理方法包括以下步骤：将加热炉内温度升至890-920℃,将弹簧钢置于电阻炉内加热,透烧后保温30-40Min；启动淬火油槽搅拌装置和控温装置,迅速将步骤中的弹簧钢放进淬火油槽的料框,油冷淬火10Min；样品出油后放进回火炉进行回火,回火炉炉内温度405-420℃,回火时间70-90Min；回火完成后进行水冷。通过适当的淬火加热控制实现合金元素成分回溶而晶粒不显著长大,配合适当的冷却方法达到高的淬火硬度,然后通过回火达到需要的高强度,同时保证良好的塑性。(The invention discloses a heat treatment method for producing high-strength SiCrV spring steel, which comprises the following chemical components in percentage by weight, 0.56-0.64% of C, Si: 1.40% -1.80%, Mn: 0.40-0.70%, Cr: 0.90-1.20%, V: 0.10-0.20%, the remainder being iron and non-removable residues, said heat treatment method comprising the steps of: the temperature in the heating furnace is raised to 890-920 ℃, the spring steel is placed in a resistance furnace for heating, and the temperature is kept for 30-40Min after thorough burning; starting a quenching oil tank stirring device and a temperature control device, rapidly putting the spring steel in the step into a material frame of a quenching oil tank, and carrying out oil cooling quenching for 10 Min; tempering the sample in a tempering furnace after the sample is subjected to oil extraction, wherein the temperature in the tempering furnace is 405-420 ℃, and the tempering time is 70-90 Min; and (5) performing water cooling after tempering is finished. The remelting of alloy element components is realized through proper quenching heating control, crystal grains do not grow up remarkably, high quenching hardness is achieved by matching with a proper cooling method, then the required high strength is achieved through tempering, and meanwhile, good plasticity is guaranteed.)

一种生产高强度SiCrV弹簧钢的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种弹簧钢的热处理方法，尤其涉及一种生产高强度SiCrV弹簧钢的热处理方法。

背景技术

高强度SiCrV弹簧钢具有高强度、良好强韧性配合的显著特征，广泛用于铁路、工程机械行业，在汽车行业具备良好发展前景。

典型代表钢号60Si2CrVAT是一种高综合性能弹簧钢，其在GB/T1222 60Si2CrVA基础上对技术要求进行调整，力学性能指标中抗拉强度由1860Mpa提升到1900Mpa、屈服由1665Mpa提升到1700Mpa、延伸率由6％提升到9％、断面收缩率由20％提升到30％(GB/T1222、《铁总运〔2013〕153号》、《运装货车[2004]342号文》)。热处理工艺对该钢种良好性能潜能的发挥起到关键性作用。

60Si2CrVAT铁路提速弹簧的主要钢种，目前在铁路货车转向架弹簧上得到广泛应用，随着具有国家知识产权复兴号标准的建立，60Si2CrVAT进一步在更高要求领域份额进一步扩大。根据国家交通部汽改铁相关政策，预计三年内新增21万辆货车；复兴号高铁是铁路客运主流趋势；三年内每年需求60Si2CrVAT钢材料约4万吨。另外，汽车稳定杆材料高强度化是汽车轻量化的一部份，目前高强度SiCrV弹簧钢已经开始应用，具备良好前景。

高强度SiCrV弹簧钢(C:0.56-0.64％,Si：1.40％-1.80％,Mn：0.40-0.70％，Cr：0.90-1.20％，V:0.10-0.20％)具备良好的综合性能，典型牌号60Si2CrVAT在抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％，断面收缩率≥30％的高强度、高塑性配合潜能。

实际应用过程中，受热处理效果不好的影响，60Si2CrVAT弹簧钢热处理后要么抗拉强度达到1900MPa而塑性不足或塑性高(延伸率≥9％，断面收缩率≥30％)而强度低的问题，高强度、高塑性配合潜能无法发挥出来。

发明内容

发明目的：本发明的目的是通过对高强度SiCrV弹簧钢(其中包括C:0.56-0.64％,Si：1.40％-1.80％,Mn：0.40-0.70％，Cr：0.90-1.20％，V:0.10-0.20％)中合金元素回溶、晶粒长大倾向、冷却方式对马氏体转变影响等热处理相变特点的试验分析研究，提供一种能够保证SiCrV弹簧钢兼具高强度和高塑性性能的热处理方法。

技术方案：本发明所述的一种生产高强度SiCrV弹簧钢的热处理方法，所述高强度SiCrV弹簧钢性能满足抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％、断面收缩率≥30％的要求，含有的化学成分及其重量百分比为，C：0.56-0.64％，Si：1.40％-1.80％，Mn：0.40-0.70％，Cr：0.90-1.20％，V:0.10-0.20％，其余部分为铁和不可去除的残余，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：

(1)将电阻炉内温度升至890-920℃，将高强度SiCrV弹簧钢置于电阻炉内加热，透烧后保温30-40min；透烧时间根据工件大小及热处理数量确定。

(2)启动淬火油槽搅拌装置和控温装置，迅速将步骤(1)中的高强度SiCrV弹簧钢放进淬火油槽的料框，油冷淬火10Min；通过淬火装置，淬火油及操作制度，控制淬火效果；根据热处理工件尺寸、热处理生产需求控制淬火装置规模和形式。

典型淬火油槽关键特征：电机搅拌淬火油、油温变动范围可控：±5℃(电辅热、循环冷却降温)。

(3)高强度SiCrV弹簧钢出油后放进回火炉进行回火，回火炉炉内温度405-420℃，回火时间70-90Min。

(4)回火完成后进行水冷。

优选的，所述步骤(2)中淬火油闭杯闪点≥135℃，50℃时运动黏度为4.0-9.6×10-6m²/s。

优选的，所述步骤(2)中淬火油油温40-50℃。

优选的，步骤(3)中所述样品出油后先滤油5Min再放进回火炉回火。

优选的，所述步骤(2)中淬火油型号25#变压器油或同等冷却能力的淬火油。

本发明通过对高强度SiCrV弹簧钢进行890-920℃的温度加热，保证合金碳化物溶解，充分发挥合金元素对淬透性的作用。加热温度高低、加热时间长短对钢材晶粒长大有影响。试验表明样钢在920℃保温40min晶粒保持细晶特征，发挥细晶粒对材料强韧化作用，如图2所示。890-920℃的温度加热，在所用的淬火油中搅拌冷却淬火得到细小均匀的马氏组织，试验钢得到高的硬度；通过适当温度回火，得到所需强度水平；405-420℃回火，得到抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％、断面收缩率≥30％的高强度、高塑性配合。钢铁材料热处理后的强度取决于最终回火硬度，几乎不受淬火硬度影响；而屈服强度、延伸率、断面收缩率不仅取决于回火硬度，与淬火硬度也有很大关系，相同回火硬度条件下，这些指标随淬火硬度的升高而提高。

有益效果：本发明针对弹簧钢高强度、高塑性配合潜能无法良好发挥的问题，通过适当的淬火加热控制实现合金元素成分回溶而晶粒不显著长大，配合适当的冷却方法达到高的淬火硬度，然后通过回火达到需要的高强度，同时保证良好的塑性。本发明涉及的弹簧钢适用于高应力、高疲劳寿命要求各种减震系统和平衡系统(汽车稳定杆等)。

附图说明

图1a为870℃保温30min、b为890℃保温30min加热温度淬火后SiCrV弹簧钢的SEM组织形貌对比图；

图2 920℃保温40min奥氏体晶粒500X；

图3 b为890℃保温30min、c为920℃保温30min加热温度淬火后SiCrV弹簧钢的SEM组织形貌对比图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

实施例1

60Si2CrVAT样品【主要化学成分C：0.60％、Si：1.63％、Mn：0.58％、Cr：1.12％、V：0.14％其余部分为铁和不可去除的残余】在电阻炉内加热，工艺：炉内温度910℃透烧后保温40min；到工艺时间提前5min启动淬火油槽搅拌装置和控温装置，淬火油型号25#变压器油；到时间迅速将样品放进淬火油槽里的料框，整过过程油温40℃±5℃，油冷淬火10min(样品出油槽温度43℃)；样品出油后滤油5min后放进回火炉(提前升温)410℃回火90min，到工艺时间出炉水冷；热处理完的样品加工成φ10mm标准拉伸试样，按GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，试验结果如表2：

表2

由以上数据可知，经过热处理的SiCrV弹簧钢满足抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％、断面收缩率≥30％的要求，强度、塑性配合良好。

实施例2

60Si2CrVAT样品【主要化学成分C：0.59％、Si：1.63％、Mn：0.59％、Cr：1.10％、V：0.13％、其余部分为铁和不可去除的残余】在电阻炉内加热，工艺：炉内温度910℃透烧后保温40min；到工艺时间提前5min启动淬火油槽搅拌装置和控温装置，淬火油型号25#变压器油；到时间迅速将样品放进淬火油槽里的料框，整过过程油温40℃±5℃，油冷淬火11min(样品出油槽温度42℃)；样品出油后滤油5min后放进回火炉(提前升温)410℃回火93min，到工艺时间出炉水冷；热处理完的样品加工成φ10mm标准拉伸试样，按GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，试验结果如下表3：

表3

经处理的样品性能满足抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％、断面收缩率≥30％的要求，强度、塑性配合良好。

实施例3

60Si2CrVAT样品【主要化学成分C：0.56％、Si：1.40％、Mn：0.40％、Cr：0.9％、V：0.10％、其余部分为铁和不可去除的残余】在电阻炉内加热，工艺：炉内温度910℃透烧后保温40min；到工艺时间提前5min启动淬火油槽搅拌装置和控温装置，淬火油型号25#变压器油；到时间迅速将样品放进淬火油槽里的料框，油冷淬火10min(样品出油槽温度42℃)，整过过程油温40℃±5℃；样品出油后滤油5min后放进回火炉(提前升温)410℃回火90min，到工艺时间出炉水冷；热处理完的样品加工成φ10mm标准拉伸试样，按GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，试验结果如下表4：

表4

经处理的样品性能满足抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％，断面收缩率≥30％的要求，强度、塑性配合良好。

实施例4

60Si2CrVAT样品【主要化学成分C：0.64％、Si：1.80％、Mn：0.7％、Cr：1.2％、V：0.2％、其余部分为铁和不可去除的残余】在电阻炉内加热，工艺：炉内温度890℃透烧后保温40min；到工艺时间提前5min启动淬火油槽搅拌装置和控温装置，淬火油型号25#变压器油；到时间迅速将样品放进淬火油槽里的料框，油冷淬火11min(样品出油槽温度42℃)，整过过程油温40℃±5℃；样品出油后滤油5min后放进回火炉(提前升温)405℃回火80min，到工艺时间出炉水冷；热处理完的样品加工成φ10mm标准拉伸试样，按GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，试验结果如下表5：

表5

牌号	样品编号	屈服强度(Mpa)	抗拉强度(Mpa)	延伸率％	断面收缩率％
						60Si2CrVAT	1#	1760	2010	9.5	31.0
60Si2CrVAT	2#	1750	1980	10.0	32.0

经处理的样品性能满足抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％、断面收缩率≥30％的要求，强度、塑性配合良好。

实施例5

60Si2CrVAT样品【主要化学成分C：0.60％、Si：1.60％、Mn：0.58％、Cr：1.05％、V：0.13％、其余部分为铁和不可去除的残余】在电阻炉内加热，工艺：炉内温度920℃透烧后保温30min；到工艺时间提前5min启动淬火油槽搅拌装置和控温装置，淬火油型号25#变压器油；到时间迅速将样品放进淬火油槽里的料框，油冷淬火10min(样品出油槽温度42℃)，整过过程油温40℃±5℃；样品出油后滤油5min后放进回火炉(提前升温)420℃回火70min，到工艺时间出炉水冷；热处理完的样品加工成φ10mm标准拉伸试样，按GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，试验结果如下表6：

表6

牌号	样品编号	屈服强度(Mpa)	抗拉强度(Mpa)	延伸率％	断面收缩率％
						60Si2CrVAT	1#	1740	1960	10.5	33.0
60Si2CrVAT	2#	1730	1940	10.0	31.5

经处理的样品性能满足抗拉强度≥1900MPa、屈服强度≥1700Mpa强度下具备延伸率≥9％、断面收缩率≥30％的要求，强度、塑性配合良好。

实施例6

本实施例是对SiCrV弹簧钢在不同温度下加热淬火后对其硬度进行测量，试验表明，样品经890℃、910℃、920℃加热采用油淬火，硬度＞61HRC(如表7)，910℃加热淬火相对最高。

表7

工艺参数	890℃30min	910℃30min	920℃30min
				硬度值HRC	61.5,61	63.1,62.6	61.7,61.3

实施例7

将表8中的高强度SiCrV弹簧钢分别在a加热条件(870℃保温30min)和b加热条件(890℃保温30min)进行加热淬火后，利用扫描电镜测试其组织形貌，如图1所示，不同加热温度下，残余碳化物含量不同，合金元素回溶程度不同，对淬透性造成影响。试验表明样钢加热温度≥890℃经30-40min保温，残余碳化物溶解较完全。

将表8中的高强度SiCrV弹簧钢分别在b加热条件(890℃保温30min)和c加热条件(920℃保温30min)进行加热淬火后，利用扫描电镜测试其组织形貌，如图3所示，均得到细小马氏体组织。

表8

化学元素	C	Si	Mn	Cr	V
						含量％	0.60	1.50	0.63	1.08	0.14