一種高韌性彈簧鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為：C：0.53-0.68%、Mn:1.5-2.0%、Ni:1.21-1.36%、Cr:0.89-0.96%、Nb:0.45-0.60%、Si:1.24-1.56%、P：0.006-0.008%、S：0.002-0.005%、V：0.17-0.19%、Ti：0.05-0.07%、Al：0.08-0.1%、O≤0.006%、H≤0.00020%，Cu≤0.15%，Mo：0.23-0.25%，稀土微量元素：0.23-0.25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的彈簧鋼彈性好，適合在載荷環(huán)境下正常的工作，對制造彈簧材質(zhì)具有較高的屈服強度，并且具有較長的壽命，并且不會在極惡劣條件下出現(xiàn)脆斷的問題,通過控制彈簧鋼中主要的微量元素的含量來提高彈簧鋼的疲勞性能，特別通過控制鋼中S與Als的重量比,從而能在彈簧鋼的生產(chǎn)過程中可靠地提高彈簧鋼的抗疲勞性能。
【專利說明】
一種高韌性彈簧鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼材及其制備方法，具體地說是一種高韌性彈簧鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著對機動車輛的輕質(zhì)化、高性能化要求越來越高，彈簧也被高強度化，將熱處理后抗拉強度超過1600MPa的高強度鋼用于彈簧。近年來還一直在使用抗拉強度超過1900MPa的鋼。在使用鋼的螺旋彈簧的制造方法中，有在將鋼加熱到奧氏體區(qū)后進行卷繞，然后進行淬火回火的熱卷繞；以及將預(yù)先對鋼實施了淬火回火的高強度鋼絲在冷狀態(tài)下進行卷繞的冷卷繞。無論在哪種情況下，都由淬火回火決定彈簧的基本強度。所以對于彈簧鋼而言，考慮到淬火回火后的特性的成分設(shè)計是重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種高韌性彈簧鋼及其制備方法，將鋼材的組分含量進行優(yōu)化，從而提高材料的抗疲勞和耐腐蝕的特性。
[0004]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:提供一種高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.53-0.68%、Mn:1.5-2.0%、N1:1.21-1.36%^Cr:0.89-0.96%^Nb:0.45-
0.60%、S1:1.24-1.56%、P:0.006-0.008%、S:0.002-0.005%、V:0.17-0.19%、Ti:0.05-0.07%、Al:0.08-0.1%^0< 0.006%^H< 0.00020%,Cu < 0.15%，Mo: 0.23-0.25%，稀土微量元素:
0.23-0.25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:13-15%，鐠:15-18%，鏑:11 -14%，鈥:5-8%，釔:8-10%，余量為鑭;該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0005]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是:前述的高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.53%、Mn:1.5%、N1:1.21%、Cr: 0.89%^Nb: 0.45%、S1:1.24%、P:0.006%、S:0.002%、V:0.17%、Ti:0.05%、A1:0.08%< 0.006%、H < 0.00020%，Cu < 0.15%,Mo:0.23%，稀土微量元素:0.23%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鋪:15%，鐠:15%，鏑:11%，鈥:5%，釔:8%，余量為鑭;該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0006]前述的高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.58%,Mn: 1.8%、N1:1.26%^Cr: 0.92%、Nb: 0.55%、S1:1.36%、P:0.007%、S:0.004%、V:0.18%、Ti:0.06%、A1:0.09%、
0< 0.006%、H< 0.00020%,Cu <0.15%,Mo:0.24%，稀土微量元素:0.24%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:14%，鐠:16%，鏑:13%，鈥:7%，釔:9%，余量為鑭； 該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0007]前述的高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.68%,Mn: 2.0%、N1:1.36%^Cr: 0.96%^Nb: 0.60%、S1:1.56%、P: 0.008%、S: 0.005%、V: 0.19%、Ti:0.07%、A1:0.1%、0
<0.006%、H < 0.00020%，Cu <0.15%,Mo: 0.25%，稀土微量元素:0.25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:15%，鐠:18%，鏑:14%，鈥:8%，釔:10%，余量為鑭;該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0008]—種高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟:
(1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1570-1690°C，采用水冷以6-8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至310-330°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為960-980°C，終乳溫度為770-790°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以1-3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1350-1370°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1170-1190°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以5-9°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至970-990°C，然后采用水冷7-9°C/s的冷卻速率將板坯冷至690-710°C，再采用氣霧冷卻以
l-3°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至550-570°C。
[0009]前述的高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟:
(1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1570°C，采用水冷以8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至310°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為960°C，終乳溫度為770°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1350°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1170°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以5°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至970°C，然后采用水冷7°C/s的冷卻速率將板坯冷至690°C，再采用氣霧冷卻以2°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至560°C。
[0010]前述的高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟:
(1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1630°C，采用水冷以7°C/s的冷卻速率將板坯水冷至320°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為970°C，終乳溫度為780°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以2°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1360°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1180°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以7°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至980°C，然后采用水冷8°C/s的冷卻速率將板坯冷至700°C，再采用氣霧冷卻以2°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至560°C。
[0011]進一步的，前述的高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟:
(1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1580°C，采用水冷以8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至330°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為980°C，終乳溫度為790°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1370°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1190°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以9°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至990°C，然后采用水冷9°C/s的冷卻速率將板坯冷至710°C，再采用氣霧冷卻以3°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至570°C。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的彈簧鋼彈性好，適合在載荷環(huán)境下正常的工作，對制造彈簧材質(zhì)具有較高的屈服強度，并且具有較長的壽命，并且不會在極惡劣條件下出現(xiàn)脆斷的問題，通過控制彈簧鋼中主要的微量元素的含量來提高彈簧鋼的疲勞性能，特別通過控制鋼中S與Als的重量比，從而能在彈簧鋼的生產(chǎn)過程中可靠地提高彈簧鋼的抗疲勞性能。鋼材經(jīng)熱處理后材料的晶粒度為8.0級或以上，抗拉強度在1920MPa以上，斷面收縮率Z240%，斷后伸長率210%，比現(xiàn)有商用鋼制的彈簧有更高的疲勞壽命和耐腐蝕疲勞性能，可制成最大設(shè)計剪應(yīng)力1180MPa的高疲勞強度彈簧。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細介紹，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0014]實施例1
本實施例是一種高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.53%,Mn: 1.5%、N1:1.21%、Cr: 0.89%^Nb: 0.45%、S1:1.24%、P: 0.006%、S: 0.002%、V: 0.17%、Ti:0.05%、A1:0.08%、
0< 0.006%、H< 0.00020%，Cu <0.15%,Mo:0.23%，稀土微量元素:0.23%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鋪:15%，鐠:15%，鏑:11%，鈥:5%，釔:8%，余量為鑭;該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0015]本實施例的高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟: (1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1570°C，采用水冷以8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至310°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為960°C，終乳溫度為770°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1350°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1170°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以5°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至970°C，然后采用水冷7°C/s的冷卻速率將板坯冷至690°C，再采用氣霧冷卻以2°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至560°C。
[0016]實施例2
本實施例是一種高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.58%,Mn: 1.8%、N1:1.26%^Cr:0.92%、Nb: 0.55%、S1:1.36%、P: 0.007%、S: 0.004%、V: 0.18%、Ti:0.06%、A1:0.09%、0 < 0.006%、H< 0.00020%,Cu <0.15%,Mo:0.24%，稀土微量元素:0.24%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:14%，鐠:16%，鏑:13%，鈥:7%，釔:9%，余量為鑭；
該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0017]本實施例的高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟:
(1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1630°C，采用水冷以7°C/s的冷卻速率將板坯水冷至320°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為970°C，終乳溫度為780°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以2°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1360°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1180°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以7°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至980°C，然后采用水冷8°C/s的冷卻速率將板坯冷至700°C，再采用氣霧冷卻以2°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至560°C。
[0018]實施例3
本實施例是一種高韌性彈簧鋼，該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.68%,Mn: 2.0%、N1:1.36%^Cr:0.96%^Nb:0.60%、S1:1.56%、P:0.008%、S: 0.005%、V: 0.19%、Ti:0.07%、A1:0.1%、0
<0.006%、H < 0.00020%，Cu <0.15%,Mo: 0.25%，稀土微量元素:0.25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:15%，鐠:18%，鏑:14%，鈥:8%，釔:10%，余量為鑭;該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< 1mdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。
[0019]本實施例的高韌性彈簧鋼的制備方法，包含以下步驟:
(1)粗料精煉
所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1580°C，采用水冷以8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至330°C再進行精乳工序；
(2)精乳工藝
精乳開始溫度為980°C，終乳溫度為790°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫；
(3)鋼材熱處理
將鋼板通過回火爐回火加熱到1370°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1190°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以9°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至990°C，然后采用水冷9°C/s的冷卻速率將板坯冷至710°C，再采用氣霧冷卻以3°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至570°C。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高韌性彈簧鋼，其特征在于:該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:c:0.53-0.68%、Mn: 1.5-2.0%、N1:1.21-1.36%、Cr: 0.89-0.96%^Nb: 0.45-0.60%、S1:1.24-1.56%、P:0.006-0.008%、S:0.002-0.005%、V:0.17-0.19%、T1:0.05-0.07%、Α1:0.08-0.1%、0<0.006%、Η<0.00020%，Cu <0.15%,Mo:0.23-0.25%，稀土微量元素:0.23-0.25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:13-15%，鐠:15-18%，鏑:11 -14%，鈥:5-8%，釔:8-10%，余量為鑭； 該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< lOmdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。2.如權(quán)利要求1所述的高韌性彈簧鋼，其特征在于:該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.53%、Mn:1.5%、N1:1.21%、Cr:0.89%^Nb:0.45%、S1:1.24%、P:0.006%、S:0.002%、V:0.17%、T1:0.05%、Al:0.08%、0 < 0.006%^H < 0.00020%, Cu < 0.15%，Mo: 0.23%，稀土微量元素:0.23%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:15%，鐠:15%，鏑:11%，鈥:5%，釔:8%，余量為鑭； 該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< lOmdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。3.如權(quán)利要求1所述的高韌性彈簧鋼，其特征在于:該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.58%、Mn:1.8%、N1:1.26%^Cr: 0.92%、Nb:0.55%、S1:1.36%、P:0.007%、S:0.004%、V:0.18%、T1:0.06%、Al:0.09%、0 < 0.006%^H < 0.00020%, Cu < 0.15%，Mo: 0.24%，稀土微量元素:0.24%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:14%，鐠:16%，鏑:13%，鈥:7%，乾:9%，余量為鑭； 該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< lOmdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。4.如權(quán)利要求1所述的高韌性彈簧鋼，其特征在于:該鋼材的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.68%、Mn:2.0%、N1:1.36%^Cr: 0.96%^Nb: 0.60%、S1:1.56%、P:0.008%、S:0.005%、V:0.19%、T1: 0.07%、Al: 0.1%、0 < 0.006%、H < 0.00020%，Cu < 0.15%,Mo: 0.25%，稀土微量元素:0.25%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 所述復(fù)合稀土按重量百分比包括以下組分:鈰:15%，鐠:18%，鏑:14%，鈥:8%，乾:10%，余量為鑭； 該鋼材抗點蝕當(dāng)量PREN>35，點腐蝕速率< lOmdd，鋼管金相組織為奧氏體和鐵素體組織，鐵素體含量為40-50%。5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的高韌性彈簧鋼的制備方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)粗料精煉 所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1570-1690°C，采用水冷以6-8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至310-330°C再進行精乳工序； (2)精乳工藝 精乳開始溫度為960-980°C，終乳溫度為770-790°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以1_3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫； (3)鋼材熱處理 將鋼板通過回火爐回火加熱到1350-1370°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1170-1190°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以5-9°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至970-990°C，然后采用水冷7-9°C/s的冷卻速率將板坯冷至690-710°C，再采用氣霧冷卻以l-3°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至550-570°C。6.如權(quán)利要求5所述的高韌性彈簧鋼的制備方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)粗料精煉 所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1570°C，采用水冷以8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至310°C再進行精乳工序； (2)精乳工藝 精乳開始溫度為960°C，終乳溫度為770°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫； (3)鋼材熱處理 將鋼板通過回火爐回火加熱到1350°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1170°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以5°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至970°C，然后采用水冷7°C/s的冷卻速率將板坯冷至690°C，再采用氣霧冷卻以2°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至560°C。7.如權(quán)利要求5所述的高韌性彈簧鋼的制備方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)粗料精煉 所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1630°C，采用水冷以7°C/s的冷卻速率將板坯水冷至320°C再進行精乳工序； (2)精乳工藝 精乳開始溫度為970°C，終乳溫度為780°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以2°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫； (3)鋼材熱處理 將鋼板通過回火爐回火加熱到1360°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1180°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以7°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至980°C，然后采用水冷8°C/s的冷卻速率將板坯冷至700°C，再采用氣霧冷卻以2°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至560°C。8.如權(quán)利要求5所述的高韌性彈簧鋼的制備方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)粗料精煉 所述精煉采用Si脫氧，精煉溫度為1580°C，采用水冷以8°C/s的冷卻速率將板坯水冷至330°C再進行精乳工序； (2)精乳工藝 精乳開始溫度為980°C，終乳溫度為790°C，采用壓縮空氣或霧狀淬火液以3°C/s的冷卻速率將鋼材冷至室溫； (3)鋼材熱處理 將鋼板通過回火爐回火加熱到1370°C，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到1190°C，再采用風(fēng)冷、水冷與氣霧冷卻結(jié)合，先采用風(fēng)冷以9°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至990°C，然后采用水冷9°C/s的冷卻速率將板坯冷至710°C，再采用氣霧冷卻以3°C/s的冷卻速率將鋼板水冷至570°C。
【文檔編號】C22C38/14GK105821311SQ201510886943
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月7日
【發(fā)明人】蔣建英, 蔣云英, 顧連英
【申請人】蘇州市吳中區(qū)胥口豐收機械配件廠