一種高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比為：C：0.50?0.65％；Si：1.35?2.20％；Mn：0.55?1.55％；Cr：0.60?1.70％；Ni：0.20?1.2％；Cu：0.20?1.0％；V：0.05?0.20％；Nb：0.01?0.15％；Al：0.001?0.020％；N：0.002?0.008％；O：0.0007?0.006％；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。相應(yīng)地，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還提供了該高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的制造方法。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到2000MPa以上，同時(shí)具有良好抗腐蝕斷裂性能，可滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)發(fā)展要求。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種彈簧鋼及其制造方法，尤其涉及一種耐蝕彈簧鋼及其制造方法。
技術(shù)介紹
彈簧作為重要的減震和功能部件在社會(huì)生產(chǎn)和人們生活的方方面面均有著廣泛應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步和制造水平的提高，各行業(yè)對(duì)彈簧性能提出了更高的要求，推動(dòng)彈簧鋼材料向著更高的強(qiáng)度不斷發(fā)展。汽車(chē)制造一直是彈簧鋼用量最大的行業(yè)，例如在日本，汽車(chē)、摩托車(chē)所用彈簧占其國(guó)內(nèi)彈簧鋼生產(chǎn)總量的64.9％，每年需求量超過(guò)10萬(wàn)噸。懸架彈簧是汽車(chē)底盤(pán)減振系統(tǒng)中的重要功能性零件，主要作用是吸收振動(dòng)保證乘員的舒適性。20世紀(jì)80年代以來(lái)，節(jié)能、環(huán)保、安全已成為汽車(chē)設(shè)計(jì)的首要考慮因素，推動(dòng)了汽車(chē)制造技術(shù)的進(jìn)步，受此影響，懸架彈簧和氣門(mén)彈簧發(fā)展趨勢(shì)總體上向輕量化、高應(yīng)力、高可靠度方向發(fā)展。彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力提高20％，其重量可減少約25％，從而降低車(chē)輛行駛過(guò)程中的油耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的，但同時(shí)必須保持高疲勞壽命。常用于車(chē)輛彈簧生產(chǎn)的Cr-V系、Cr-Mn系、Si-Mn系材料無(wú)法滿(mǎn)足高強(qiáng)度彈簧生產(chǎn)要求，而強(qiáng)度更高、屈強(qiáng)比更好的Si-Cr系彈簧鋼如55SiCr和55SiCrV雖然可用于加工高強(qiáng)度汽車(chē)懸架彈簧，但其疲勞壽命降低，特別是在潮濕具有一定腐蝕性介質(zhì)(含Cl-離子)條件下其極易發(fā)生斷裂，影響車(chē)輛安全。現(xiàn)有的一種彈簧鋼合金的成分為：0.4-0.6％C，1.7-2.5％Si，0.1-0.4Mn，0.5-2.0％Cr，0-0.006％N，0.021-0.07％Al。這種彈簧鋼采用的是高碳高硅低錳合金設(shè)計(jì)路線(xiàn)，主要考慮的是控制殘余奧氏體量和尺寸形狀來(lái)增強(qiáng)鋼的耐氫脆性，這種彈簧鋼對(duì)淬、回火過(guò)程要求高，同時(shí)其Al含量高，增加了冶煉過(guò)程中夾雜物控制難度，而硬脆的氧化鋁極易導(dǎo)致彈簧疲勞壽命降低。現(xiàn)有技術(shù)中還有一種彈簧鋼的成分設(shè)計(jì)如下：0.30-0.50％C，0.80-2.0％Si，0.50-1.0％Mn，0.40-1.0％Cr，0.01-0.5％W，0.08-0.30％V，0.005-0.25％的稀土元素，還可以含有0.001-0.10％的B，該合金經(jīng)淬回火調(diào)質(zhì)處理后強(qiáng)度最高可達(dá)1995MPa。但是這種彈簧鋼未考慮腐蝕對(duì)材料疲勞壽命的影響。隨著汽車(chē)輕量化發(fā)展需求推動(dòng)汽車(chē)用彈簧材料強(qiáng)度不斷提高，需要一種高強(qiáng)度彈簧鋼取代1800MPa級(jí)普通彈簧鋼絲的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯。此外，彈簧材料強(qiáng)度提高后，其在潮濕環(huán)境中(含Cl-離子)其極易發(fā)生斷裂，影響車(chē)輛安全。因此，本專(zhuān)利技術(shù)旨在提供一種抗拉強(qiáng)度達(dá)到2000MPa以上，同時(shí)具有良好抗腐蝕斷裂性能的汽車(chē)彈簧用材料及其制備方法，可滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)發(fā)展要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的之一在于提供一種高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，該彈簧鋼抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到2000MPa以上，同時(shí)還具有良好抗腐蝕斷裂性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提出了一種高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比為：C：0.50-0.65％；Si：1.35-2.20％；Mn：0.55-1.55％；Cr：0.60-1.70％；Ni：0.20-1.2％Cu：0.20-1.0％；V：0.05-0.20％；Nb：0.01-0.15％；Al：0.001-0.020％；N：0.002-0.008％；O：0.0007-0.006％；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。在本技術(shù)方案中，所述不可避免的雜質(zhì)主要是指P和S，其中控制P≤0.02％，S≤0.015％。本專(zhuān)利技術(shù)所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：C是保證高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼室溫強(qiáng)度和淬透性所必需的成分，當(dāng)C含量低于0.50％時(shí)彈簧鋼強(qiáng)度無(wú)法保證，同時(shí)不利于微合金元素碳氮化物的析出，但過(guò)高的C含量將導(dǎo)致回火過(guò)程中碳化物尺寸過(guò)大，影響彈簧鋼塑韌性，降低疲勞壽命。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的C元素含量控制在0.50％-0.65％。Si是一種非碳化物形成元素，主要固溶在鐵素體相中起到強(qiáng)化的作用，提高合金硅含量有利于提高材料彈性極限，優(yōu)化彈簧鋼性能，同時(shí)硅含量提高有利于降低合金腐蝕電極電位，但硅元素含量過(guò)高將導(dǎo)致彈簧鋼塑性降低較大，使材料成型性能降低。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Si元素含量控制在1.35-2.20％。Mn可有效提高淬透性和強(qiáng)度，并且對(duì)彈簧鋼的塑性影響不大。Mn元素的添加有利于彈簧鋼在弱腐蝕環(huán)境中形成穩(wěn)定的腐蝕層，降低腐蝕速率，同時(shí)為保證合金強(qiáng)度及淬透性，但如果Mn含量過(guò)高將在彈簧鋼的鋼坯及盤(pán)條生產(chǎn)過(guò)程中易于產(chǎn)生過(guò)冷組織，引起軋制開(kāi)裂或斷裂。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Mn元素含量控制在0.55-1.55％。Cr具有提高彈簧鋼淬透性，同時(shí)在回火過(guò)程中析出合金滲碳體，提高強(qiáng)度，此外在腐蝕環(huán)境中還有助于形成致密氧化膜保護(hù)層，降低外部對(duì)彈簧鋼的腐蝕速率，在本專(zhuān)利技術(shù)技術(shù)方案中為發(fā)揮Cr的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用，同時(shí)改善彈簧鋼的抗腐蝕性能。本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Cr元素含量控制在0.60-1.70％。Ni具有提高合金強(qiáng)度及改善韌性的作用，Ni的添加可以使合金脆性轉(zhuǎn)變溫度降低，特別是材料具有高強(qiáng)度前提下。在腐蝕環(huán)境中還有助于提高合金抗腐蝕性能，但過(guò)高的Ni將導(dǎo)致制造彈簧鋼的成本增加。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Ni元素含量控制在0.20-1.2％。Cu元素的添加有利于提高彈簧鋼的抗腐蝕性能，增加表面腐蝕層與基體組織結(jié)合力，有利于降低局部腐蝕的發(fā)生，但過(guò)高的Cu元素的添加將導(dǎo)致彈簧鋼的熱成型性能顯著降低，極易發(fā)生熱脆。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Cu元素含量控制在0.20-1.0％。V元素具有強(qiáng)的氮化物和碳化物形成傾向，提高回火過(guò)程碳氮化物析出形核率，細(xì)化組織。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的V元素含量控制在0.05-0.20％。Nb元素也具有強(qiáng)的氮化物和碳化物形成傾向，提高回火過(guò)程碳氮化物析出形核率，細(xì)化組織，并且Nb元素的添加有利于提高再結(jié)晶溫度，同時(shí)早期析出的碳氮化物有利于細(xì)化彈簧鋼的晶體尺寸，提高強(qiáng)度。因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Nb元素含量控制在0.01-0.15％。Al在冶煉過(guò)程中主要起到了脫氧和細(xì)化晶粒的作用，在控制合金中V、Nb添加量的同時(shí)，當(dāng)Al加入量低于0.001％時(shí)，其細(xì)化晶粒效果不明顯，但加入量過(guò)多時(shí)易形成脆性的氧化鋁夾雜物，對(duì)彈簧鋼的韌性有害，特別是彈簧鋼的抗腐蝕疲勞壽命，因此控制Al含量在0.020％以下，因此本專(zhuān)利技術(shù)中的所述高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的Al元素含量控制在0.001-0.020％。N：元素易與V、Nb元素形成細(xì)小彌散的析出物，有利于提高強(qiáng)度，但過(guò)高的N含量將導(dǎo)致析出物尺寸增大，因此限制彈簧鋼的N元素含量在0.002-0.008％范圍內(nèi)。O：含量過(guò)高將導(dǎo)致材料中夾雜物尺寸過(guò)大，數(shù)量增多，降低彈簧壽命，因此，本專(zhuān)利技術(shù)所述的彈簧鋼的O元素含量需要控制在0.0007-0.006％。進(jìn)一步地，本專(zhuān)利技術(shù)所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的基體組織為回火屈氏體+索氏體，基體組織中析出有微合金碳氮化物。本技術(shù)方案中的基體組織為回火屈氏體+索氏體，使所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼的性能更好，強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好。進(jìn)一步地，本專(zhuān)利技術(shù)所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼還滿(mǎn)足：8Nb+V≥13N，其中Nb、V和N分別表示對(duì)應(yīng)元素的質(zhì)量百分比。例如，當(dāng)Nb含量為0.1％時(shí)，代入上述公式中的Nb的數(shù)值應(yīng)當(dāng)是0.1，而不是本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其特征在于，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比為：C：0.50?0.65％；Si：1.35?2.20％；Mn：0.55?1.55％；Cr：0.60?1.70％；Ni：0.20?1.2％；Cu：0.20?1.0％；V：0.05?0.20％；Nb：0.01?0.15％；Al：0.001?0.020％；N：0.002?0.008％；O：0.0007?0.006％；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其特征在于，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比為：C：0.50-0.65％；Si：1.35-2.20％；Mn：0.55-1.55％；Cr：0.60-1.70％；Ni：0.20-1.2％；Cu：0.20-1.0％；V：0.05-0.20％；Nb：0.01-0.15％；Al：0.001-0.020％；N：0.002-0.008％；O：0.0007-0.006％；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其特征在于，其基體組織為回火屈氏體+索氏體，基體組織中析出有微合金碳氮化物。3.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其特征在于，還滿(mǎn)足：8Nb+V≥13N，其中Nb、V和N分別表示對(duì)應(yīng)元素的質(zhì)量百分比。4.如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其特征在于，尺寸為10-200nm的微合金碳氮化物占所有微合金碳氮化物的數(shù)量比例為90-97％。5.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度耐蝕彈簧鋼，其特征在于，還滿(mǎn)足：Mn+4.5Ni+2Cu+Cr/10≥2.5，其中Mn、Ni...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚贊，萬(wàn)根節(jié)，黃宗澤，金峰，吳振平，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31