本發(fā)明涉及彈簧鋼材料，具體涉及一種釔基重稀土彈簧鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著國(guó)家振興高端裝備制造業(yè)，我國(guó)企業(yè)對(duì)高端裝備所需的關(guān)鍵零部件與基礎(chǔ)件制造要求提高。彈簧是裝備制造業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)件，量大面廣、品種繁雜，用以控制機(jī)件的運(yùn)動(dòng)、緩和沖擊或震動(dòng)、貯蓄能量、測(cè)量力的大小等，廣泛應(yīng)用于汽車、鐵路、工程機(jī)械、電子電器等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前，我國(guó)高性能彈簧制造的保障能力不足，高檔汽車、重載鐵路等行業(yè)用高級(jí)彈簧仍需進(jìn)口。隨著汽車輕量化、重大技術(shù)裝備大型化及參數(shù)極限化，高級(jí)彈簧的需求量快速增長(zhǎng)。同時(shí)，高性能彈簧制造需求的日益增加，也對(duì)彈簧鋼的品種和性能提出了越來越高的要求。

2、51crv4彈簧鋼具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，淬透性較高，但現(xiàn)有的51crv4彈簧鋼中含有夾雜物，如氧、硫等，夾雜物的粒徑較大，導(dǎo)致51crv4彈簧鋼的疲勞性能不佳。在彈簧鋼中加入少量稀土金屬可起到脫氧、脫硫作用，具備少量高效的效果，此外還可以生成大量高熔點(diǎn)、彌散、細(xì)小、球狀的氧化物/氧硫化物/硫化物，同時(shí)鋼液中稀土元素還可以使得氧化鋁夾雜物改變化學(xué)性質(zhì)，生成彌散的鋁酸稀土夾雜，從而提高鋼材的性能。從熱力學(xué)考慮，鋼中稀土夾雜物生成的溶度積隨溫度下降而變小，表明添加稀土后凝固冷卻過程中隨著溫度的降低，鋼中仍將不斷有新的細(xì)小夾雜物生成，可滿足氧化物冶金對(duì)細(xì)小夾雜物彌散分布的要求。

3、經(jīng)釔元素處理的彈簧鋼鋼液更容易降低鋼中氧、硫含量，凈化鋼液。同時(shí)，由于釔的原子半徑較輕稀土小，能更有效降低夾雜物含量，改善夾雜物分布，減小夾雜物尺寸，細(xì)化和球化夾雜物，進(jìn)而使鋼性能得到改善。然而，由于釔等重稀土元素的價(jià)格比輕稀土更高，進(jìn)而提高了含稀土釔鋼工業(yè)生產(chǎn)的成本，降低了含釔鋼的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，故稀土釔在工業(yè)生產(chǎn)使用量有限。為此，本發(fā)明提供一種釔基重稀土彈簧鋼及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種釔基重稀土彈簧鋼及其制備方法，有效解決了現(xiàn)有的51crv4彈簧鋼夾雜物粒徑大以及疲勞性能不佳的技術(shù)問題，同時(shí)提供了一種采用釔基重稀土合金凈化彈簧鋼鋼液，強(qiáng)化夾雜物變性，細(xì)化鋼材組織的釔基重稀土復(fù)合彈簧鋼。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種釔基重稀土彈簧鋼，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：0.46％～0.54％c，0.17％～0.39％si，0.50％～0.90％mn，0.80％～1.10％cr，0.10％～0.20％v，p≤0.025％，o≤0.025％，s≤0.025％，0.005％～0.010％y，0.003％～0.006％ce，0.002％～0.005％la，余量為fe，合計(jì)100％。

3、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述釔基重稀土彈簧鋼由以下質(zhì)量百分比的原料組成：0.49％～0.52％c，0.25％～0.37％si，0.60％～0.85％mn，0.90％～1.05％cr，0.13％～0.17％v，p≤0.015％，o≤0.015％，s≤0.015％，y+ce+la≤0.015％，余量為fe，合計(jì)100％。

4、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述釔基重稀土彈簧鋼中y、ce和la是以稀土復(fù)合夾雜物的形態(tài)存在的。

5、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述稀土復(fù)合夾雜物是由y、ce與la分別與o和s結(jié)合形成的復(fù)合夾雜物。

6、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述稀土復(fù)合夾雜物呈彌散分布，所述稀土復(fù)合夾雜物的粒徑為1μm～10μm。

7、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種釔基重稀土彈簧鋼的制備方法，包括以下步驟：

8、按照質(zhì)量百分比稱取各原料：稀土原料：0.005％～0.010％y，0.003％～0.006％ce和0.002％～0.005％la；合金原料：0.46％～0.54％c，0.17％～0.39％si，0.50％～0.90％mn，0.80％～1.10％cr，0.10％～0.20％v，p≤0.025％，o≤0.025％，s≤0.025％，余量的fe；

9、將合金原料熔煉后澆鑄，得到鑄態(tài)合金；所述熔煉包括轉(zhuǎn)爐熔煉、爐外精煉和真空脫氣；所述爐外精煉的過程中加入稀土原料；

10、將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行連續(xù)熱軋，得到軋態(tài)合金；

11、將所述軋態(tài)合金進(jìn)行熱處理，得到釔基重稀土彈簧鋼。

12、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述爐外精煉包括lf爐精煉和vd爐真空精煉，所述vd爐真空精煉的過程中加入稀土原料。

13、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述連續(xù)熱軋包括粗軋和精軋；所述粗軋的開軋溫度為1000℃～1050℃，所述粗軋的總變形量為60％～66％；所述精軋的開軋溫度為850℃～950℃，所述精軋的總變形量為20％～22％。

14、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熱處理包括淬火和中溫回火；所述淬火的溫度為830℃～880℃，所述中溫回火的溫度為350℃～500℃，所述中溫回火的時(shí)間為40min～60min，所述中溫回火的冷卻方式為空冷。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

16、本發(fā)明提供了一種釔基重稀土彈簧鋼及其制備方法，在現(xiàn)有的51crv4彈簧鋼的成分上進(jìn)行改進(jìn)，添加釔基復(fù)合稀土合金y、ce和la制備得到的釔基重稀土彈簧鋼具有更加細(xì)小彌散分布的夾雜物以及較好的疲勞性能。y、la、ce元素在鋼液里反應(yīng)產(chǎn)物都是稀土氧硫化物，釔是以y-o-s復(fù)合夾雜物為主，密度約為4.25，而la與ce是以(ce,la)-o-s復(fù)合夾雜物為主，密度約為6.0，根據(jù)stock公式，y-o-s顆粒在鋼中上浮終端速度是(ce,la)-o-s顆粒的兩倍。重稀土合金與51crv4中其余組分在軋制過程中，cr、v、釔基重稀土y、ce和la等形成的細(xì)小碳化物、氮化物或碳氮化物析出，能夠抑制奧氏體再結(jié)晶，從而阻礙奧氏體晶粒不斷長(zhǎng)大，讓晶粒變得細(xì)小，使組織形貌細(xì)密有致。

技術(shù)特征：

1.一種釔基重稀土彈簧鋼，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：0.46％～0.54％c，0.17％～0.39％si，0.50％～0.90％mn，0.80％～1.10％cr，0.10％～0.20％v，p≤0.025％，o≤0.025％，s≤0.025％，0.005％～0.010％y，0.003％～0.006％ce，0.002％～0.005％la，余量為fe，合計(jì)100％。

2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的釔基重稀土彈簧鋼，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：0.49％～0.52％c，0.25％～0.37％si，0.60％～0.85％mn，0.90％～1.05％cr，0.13％～0.17％v，p≤0.015％，o≤0.015％，s≤0.015％，y+ce+la≤0.015％，余量為fe，合計(jì)100％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的釔基重稀土彈簧鋼，其特征在于，所述釔基重稀土彈簧鋼中y、ce和la是以稀土復(fù)合夾雜物的形態(tài)存在的。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釔基重稀土彈簧鋼，其特征在于，所述稀土復(fù)合夾雜物是由y、ce與la分別與o和s結(jié)合形成的復(fù)合夾雜物。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的釔基重稀土彈簧鋼，其特征在于，所述稀土復(fù)合夾雜物呈彌散分布，所述稀土復(fù)合夾雜物的粒徑為1μm～10μm。

6.一種權(quán)利要求1所述的釔基重稀土彈簧鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述爐外精煉包括lf爐精煉和vd爐真空精煉，所述vd爐真空精煉的過程中加入稀土原料。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述真空脫氣時(shí)氬氣流量為300l/min，起始真空壓力為101mpa，真空目標(biāo)壓力≤67pa。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述連續(xù)熱軋包括粗軋和精軋；所述粗軋的開軋溫度為1000℃～1050℃，所述粗軋的總變形量為60％～66％；所述精軋的開軋溫度為850℃～950℃，所述精軋的總變形量為20％～22％。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理包括淬火和中溫回火；所述淬火的溫度為830℃～880℃，所述中溫回火的溫度為350℃～500℃，所述中溫回火的時(shí)間為40min～60min，所述中溫回火的冷卻方式為空冷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種釔基重稀土彈簧鋼及其制備方法，屬于彈簧鋼材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明在現(xiàn)有的51CrV4彈簧鋼的成分上進(jìn)行改進(jìn)，添加釔基復(fù)合稀土合金Y、Ce和La制備得到的釔基重稀土彈簧鋼具有更加細(xì)小彌散分布的夾雜物以及較好的疲勞性能。重稀土合金與51CrV4中其余組分在軋制過程中，Cr、V、釔基重稀土Y、Ce和La等形成的細(xì)小碳化物、氮化物或碳氮化物析出，能夠抑制奧氏體再結(jié)晶，從而阻礙奧氏體晶粒不斷長(zhǎng)大，讓晶粒變得細(xì)小，使組織形貌細(xì)密有致。

技術(shù)研發(fā)人員：羅迪強(qiáng),賴朝彬,陳明,張偉,徐進(jìn),劉明雨,王和斌,汪志剛,肖杰,李紅衛(wèi),余劍,石敏,范眾維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2