一种高韧性弹簧用钢及其加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高韧性弹簧用钢及其加工工艺，涉及弹簧钢及其加工技术领域，所述高韧性弹簧用钢，由以下重量份的元素组成：碳0.28～0.63％，锰0.75～1.53％，硅0.38～1.25％，镍4.25～5.17％，钼0.25～0.49％，钨0.03～0.12％，铌0.005～0.008％，钛0～0.012％，稀土金属0.05～0.18％，铜0.005～0.01％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁，本发明专利技术通过合理调节各元素的比例，使得弹簧具有高韧性，改善了弹簧的力学性能和加工性能，表面加工处理后，使弹簧的耐腐蚀性显著增加，寿命提高了10～15倍，能满足多种恶劣环境下的使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弹簧钢及其加工
，具体涉及一种高韧性弹簧用钢及其加工工艺。
技术介绍
弹簧钢是一种有着良好的弹性，能在动载荷环境条件下反复作用工作的特殊钢材，有着足够的韧性、力学强度和塑性，可以进行重复性伸缩，并在一定的冲击力作用下不会突然脆断，因此多用于制造弹簧和弹性元件的钢，广泛应用于铁路、汽车、工程机械等机械制造之中。弹簧钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。同时，弹簧钢也需要一定的力学强度，从而能在承受重载荷时不引起塑性变形，有较高的疲劳强度，在载荷下具有长的使用寿命。汽车制造和铁路车辆是弹簧钢材的最大用户，由于弹簧类零部件的工作条件十分恶劣，使得弹簧经常会遭受周围介质的腐蚀。由于弹簧在工作时是靠弹力发挥作用，弹簧被腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能，因此防止弹簧腐蚀可以保证弹簧稳定工作，并延长其使用寿命。为了保护弹簧免受腐蚀，通常采用电镀、氧化、磷化和油漆喷涂等方法在弹簧表面形成保护层，但这几种方法在实际实施过程中都存在着不足，如在电镀过程中，除在弹簧表面镀上锌或镉等金属外，还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去，造成内应力，使弹簧上的镀层和弹簧变脆，即氢脆，使弹簧容易断裂；氧化处理后，弹簧表面会生成保护性的磁性氧化铁薄膜，但由于膜薄且具有气孔，所以抗腐蚀性较差；另外，氧化处理对某些热轧弹簧材料的表面晶界有所浸蚀，这在一定程度上降低弹簧疲劳强度；磷化虽然比氧化抗腐蚀性好，但在磷化过程中也会产生大量氢气，使磷化后的弹簧具有氢脆现象；油漆喷涂法在弹簧表面形成的漆膜不够平整，易出现漏喷、上薄下厚、边缘流挂现象，结合力不好，容易脱落，防锈能力差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种耐腐蚀弹簧，使得弹簧具有良好的机械性能和力学性能，本专利技术还提供一种弹簧的加工工艺，进一步提高了弹簧的耐腐蚀能力，使得弹簧的使用寿命延长。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种高韧性弹簧用钢，由以下重量份的元素组成：碳0.28～0.63％，锰0.75～1.53％，硅0.38～1.25％，镍4.25～5.17％，钼0.25～0.49％，钨0.03～0.12％，铌0.005～0.008％，钛0～0.012％，稀土金属0.05～0.18％，铜0.005～0.01％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。优选的，所述高韧性弹簧用钢，由以下重量份的元素组成：碳0.32～0.51％，锰1.03～1.12％，硅0.89～0.93％，镍4.85～4.95％，钼0.38～0.42％，钨0.05～0.08％，铌0.005～0.008％，钛0.005～0.008％，稀土金属0.08～0.12％，铜0.006～0.008％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。一种高韧性弹簧用钢的加工工艺，包括以下步骤：(1)将生铁与废铁按按比例投入炉中，熔化后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，溶化后，加入稀土金属和铜铁，随后进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；(2)对弹簧钢进行热处理，得到高韧性弹簧用钢；(3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入氮气，除去氧化性气体，然后将体系升温至50～70℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；(4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于惰性气体氛围中，然后在其表面旋转喷涂氧化锌纳米镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为20～30微米的氧化镍镀层。优选的，所述热处理工艺为高温淬火，中温回火。优选的，所述惰性气体为氮气和氩气的混气体。优选的，所述氮气和氩气的体积比为1:5～10。优选的，所述纳米氧化锌镀层的厚度为10～20微米，其中氧化锌粒子的直径为30～50纳米。本专利技术的有益效果，本专利技术中稀土元素提高了弹簧的冲击韧性、抗氧化性和抗腐蚀性且有良好的脱氧去硫作用；铌能提高弹簧的屈服强度和冲击韧性；钨缓解了碳化物的聚集，增加了弹簧的淬透性和硬度；硅能提高弹簧的弹性极限、屈服强度和屈服比，以及疲劳强度和疲劳比；通过热水清洗，加入少量碱性介质，既可以有效清理钢材表面的污垢，又不会腐蚀钢材，污染环境，通过旋转纳米喷涂技术，保证了喷涂的均匀性和致密性，且氧化锌与钢材间具有较强的结合力，提高了喷涂效果。本专利技术通过合理调节各元素的比例，使得弹簧具有高韧性，改善了弹簧的力学性能和加工性能，表面加工处理后，使弹簧的耐腐蚀性显著增加，寿命提高了10～15倍，能满足多种恶劣环境下的使用。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种高韧性弹簧用钢，由以下重量份的元素组成：碳0.32％，锰1.12％，硅0.93％，镍4.85％，钼0.42％，钨0.05％，铌0.008％，钛0.008％，稀土金属0.12％，铜0.008％，氮0.002％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。(1)将生铁与废铁按按比例投入炉中，熔化后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，溶化后，加入稀土金属和铜铁，随后进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；(2)、对弹簧钢进行高温淬火，中温回火，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；(3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至70℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；(4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于通入氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的体积比为1:8)，然后在其表面旋转喷涂粒径为30纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为18微米的镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为25微米的氧化镍镀层。实施例2：一种高韧性弹簧用钢，由以下重量份的元素组成：碳0.63％，锰1.03％，硅0.38％，镍4.25％，钼0.38％，钨0.12％，铌0.006％，稀土金属0.08％，铜0.006％，氮0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。(1)将生铁与废铁按按比例投入炉中，熔化后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，溶化后，加入稀土金属和铜铁，随后进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；(2)、对弹簧钢进行高温淬火，中温回火，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；(3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至60℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；(4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于通入氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的体积比为1:5)，然后在其表面旋转喷涂粒径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性弹簧用钢，其特征在于，由以下重量份的元素组成：碳0.28～0.63％，锰0.75～1.53％，硅0.38～1.25％，镍4.25～5.17％，钼0.25～0.49％，钨0.03～0.12％，铌0.005～0.008％，钛0～0.012％，稀土金属0.05～0.18％，铜0.005～0.01％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。

【技术特征摘要】
1.一种高韧性弹簧用钢，其特征在于，由以下重量份的元素组成：碳0.28～0.63％，锰0.75～1.53％，硅0.38～1.25％，镍4.25～5.17％，钼0.25～0.49％，钨0.03～0.12％，铌0.005～0.008％，钛0～0.012％，稀土金属0.05～0.18％，铜0.005～0.01％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。2.如权利要求1所述的高韧性弹簧用钢，其特征在于，由以下重量份的元素组成：碳0.32～0.51％，锰1.03～1.12％，硅0.89～0.93％，镍4.85～4.95％，钼0.38～0.42％，钨0.05～0.08％，铌0.005～0.008％，钛0.005～0.008％，稀土金属0.08～0.12％，铜0.006～0.008％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。3.一种如权利要求1或2所述的高韧性弹簧用钢的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将生铁与废铁按按比例投入炉中，熔化后，加入锰铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：余昌国，毛时霞，
申请(专利权)人：安徽红桥金属制造有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34