一种高强度耐蚀弹簧钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度耐蚀弹簧钢，其化学元素质量百分比为：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％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明专利技术还提供了该高强度耐蚀弹簧钢的制造方法。本发明专利技术所述的高强度耐蚀弹簧钢的抗拉强度可以达到2000MPa以上，同时具有良好抗腐蚀断裂性能，可满足汽车行业发展要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种弹簧钢及其制造方法，尤其涉及一种耐蚀弹簧钢及其制造方法。
技术介绍
弹簧作为重要的减震和功能部件在社会生产和人们生活的方方面面均有着广泛应用。随着科技的进步和制造水平的提高，各行业对弹簧性能提出了更高的要求，推动弹簧钢材料向着更高的强度不断发展。汽车制造一直是弹簧钢用量最大的行业，例如在日本，汽车、摩托车所用弹簧占其国内弹簧钢生产总量的64.9％，每年需求量超过10万吨。悬架弹簧是汽车底盘减振系统中的重要功能性零件，主要作用是吸收振动保证乘员的舒适性。20世纪80年代以来，节能、环保、安全已成为汽车设计的首要考虑因素，推动了汽车制造技术的进步，受此影响，悬架弹簧和气门弹簧发展趋势总体上向轻量化、高应力、高可靠度方向发展。弹簧的设计应力提高20％，其重量可减少约25％，从而降低车辆行驶过程中的油耗，达到节能减排的目的，但同时必须保持高疲劳寿命。常用于车辆弹簧生产的Cr-V系、Cr-Mn系、Si-Mn系材料无法满足高强度弹簧生产要求，而强度更高、屈强比更好的Si-Cr系弹簧钢如55SiCr和55SiCrV虽然可用于加工高强度汽车悬架弹簧，但其疲劳寿命降低，特别是在潮湿具有一定腐蚀性介质(含Cl-离子)条件下其极易发生断裂，影响车辆安全。现有的一种弹簧钢合金的成分为：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。这种弹簧钢采用的是高碳高硅低锰合金设计路线，主要考虑的是控制残余奥氏体量和尺寸形状来增强钢的耐氢脆性，这种弹簧钢对淬、回火过程要求高，同时其Al含量高，增加了冶炼过程中夹杂物控制难度，而硬脆的氧化铝极易导致弹簧疲劳寿命降低。现有技术中还有一种弹簧钢的成分设计如下：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，还可以含有0.001-0.10％的B，该合金经淬回火调质处理后强度最高可达1995MPa。但是这种弹簧钢未考虑腐蚀对材料疲劳寿命的影响。随着汽车轻量化发展需求推动汽车用弹簧材料强度不断提高，需要一种高强度弹簧钢取代1800MPa级普通弹簧钢丝的发展趋势越来越明显。此外，弹簧材料强度提高后，其在潮湿环境中(含Cl-离子)其极易发生断裂，影响车辆安全。因此，本专利技术旨在提供一种抗拉强度达到2000MPa以上，同时具有良好抗腐蚀断裂性能的汽车弹簧用材料及其制备方法，可满足汽车行业发展要求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高强度耐蚀弹簧钢，该弹簧钢抗拉强度可以达到2000MPa以上，同时还具有良好抗腐蚀断裂性能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强度耐蚀弹簧钢，其化学元素质量百分比为：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％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。在本技术方案中，所述不可避免的杂质主要是指P和S，其中控制P≤0.02％，S≤0.015％。本专利技术所述的高强度耐蚀弹簧钢的各化学元素的设计原理为：C是保证高强度耐蚀弹簧钢室温强度和淬透性所必需的成分，当C含量低于0.50％时弹簧钢强度无法保证，同时不利于微合金元素碳氮化物的析出，但过高的C含量将导致回火过程中碳化物尺寸过大，影响弹簧钢塑韧性，降低疲劳寿命。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的C元素含量控制在0.50％-0.65％。Si是一种非碳化物形成元素，主要固溶在铁素体相中起到强化的作用，提高合金硅含量有利于提高材料弹性极限，优化弹簧钢性能，同时硅含量提高有利于降低合金腐蚀电极电位，但硅元素含量过高将导致弹簧钢塑性降低较大，使材料成型性能降低。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Si元素含量控制在1.35-2.20％。Mn可有效提高淬透性和强度，并且对弹簧钢的塑性影响不大。Mn元素的添加有利于弹簧钢在弱腐蚀环境中形成稳定的腐蚀层，降低腐蚀速率，同时为保证合金强度及淬透性，但如果Mn含量过高将在弹簧钢的钢坯及盘条生产过程中易于产生过冷组织，引起轧制开裂或断裂。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Mn元素含量控制在0.55-1.55％。Cr具有提高弹簧钢淬透性，同时在回火过程中析出合金渗碳体，提高强度，此外在腐蚀环境中还有助于形成致密氧化膜保护层，降低外部对弹簧钢的腐蚀速率，在本专利技术技术方案中为发挥Cr的固溶强化和析出强化作用，同时改善弹簧钢的抗腐蚀性能。本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Cr元素含量控制在0.60-1.70％。Ni具有提高合金强度及改善韧性的作用，Ni的添加可以使合金脆性转变温度降低，特别是材料具有高强度前提下。在腐蚀环境中还有助于提高合金抗腐蚀性能，但过高的Ni将导致制造弹簧钢的成本增加。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Ni元素含量控制在0.20-1.2％。Cu元素的添加有利于提高弹簧钢的抗腐蚀性能，增加表面腐蚀层与基体组织结合力，有利于降低局部腐蚀的发生，但过高的Cu元素的添加将导致弹簧钢的热成型性能显著降低，极易发生热脆。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Cu元素含量控制在0.20-1.0％。V元素具有强的氮化物和碳化物形成倾向，提高回火过程碳氮化物析出形核率，细化组织。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的V元素含量控制在0.05-0.20％。Nb元素也具有强的氮化物和碳化物形成倾向，提高回火过程碳氮化物析出形核率，细化组织，并且Nb元素的添加有利于提高再结晶温度，同时早期析出的碳氮化物有利于细化弹簧钢的晶体尺寸，提高强度。因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Nb元素含量控制在0.01-0.15％。Al在冶炼过程中主要起到了脱氧和细化晶粒的作用，在控制合金中V、Nb添加量的同时，当Al加入量低于0.001％时，其细化晶粒效果不明显，但加入量过多时易形成脆性的氧化铝夹杂物，对弹簧钢的韧性有害，特别是弹簧钢的抗腐蚀疲劳寿命，因此控制Al含量在0.020％以下，因此本专利技术中的所述高强度耐蚀弹簧钢的Al元素含量控制在0.001-0.020％。N：元素易与V、Nb元素形成细小弥散的析出物，有利于提高强度，但过高的N含量将导致析出物尺寸增大，因此限制弹簧钢的N元素含量在0.002-0.008％范围内。O：含量过高将导致材料中夹杂物尺寸过大，数量增多，降低弹簧寿命，因此，本专利技术所述的弹簧钢的O元素含量需要控制在0.0007-0.006％。进一步地，本专利技术所述的高强度耐蚀弹簧钢的基体组织为回火屈氏体+索氏体，基体组织中析出有微合金碳氮化物。本技术方案中的基体组织为回火屈氏体+索氏体，使所述的高强度耐蚀弹簧钢的性能更好，强度、塑性和韧性都比较好。进一步地，本专利技术所述的高强度耐蚀弹簧钢还满足：8Nb+V≥13N，其中Nb、V和N分别表示对应元素的质量百分比。例如，当Nb含量为0.1％时，代入上述公式中的Nb的数值应当是0.1，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度耐蚀弹簧钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：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％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐蚀弹簧钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：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％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高强度耐蚀弹簧钢，其特征在于，其基体组织为回火屈氏体+索氏体，基体组织中析出有微合金碳氮化物。3.如权利要求2所述的高强度耐蚀弹簧钢，其特征在于，还满足：8Nb+V≥13N，其中Nb、V和N分别表示对应元素的质量百分比。4.如权利要求3所述的高强度耐蚀弹簧钢，其特征在于，尺寸为10-200nm的微合金碳氮化物占所有微合金碳氮化物的数量比例为90-97％。5.如权利要求1-3中任意一项所述的高强度耐蚀弹簧钢，其特征在于，还满足：Mn+4.5Ni+2Cu+Cr/10≥2.5，其中Mn、Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚赞，万根节，黄宗泽，金峰，吴振平，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31