高强度、高韧性弹簧钢及其生产工艺制造技术

一种高强度、高韧性弹簧钢，它包括（重量％）：０．５－０．７％Ｃ，１．０－３．５％Ｓｉ，０．３－１．５％Ｍｍ，０．３－１．０％Ｃｒ，０．０５－０．５％Ｖ和／或Ｎｂ，少于０．０２％的Ｐ，少于０．０２％的Ｓ，０．５－５．０％Ｎｉ，及其它不可避免的杂质，剩余的为Ｆｅ。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于悬架汽车的圈式和板式弹簧钢及其生产工艺，此种钢具有优越的机械性能及优越的弹性性能。特别是本专利技术涉及一种高强度、高韧性弹簧钢及其生产工艺，此工艺大大减少了为提高弹性性能而进行的热处理过程中形成的脱碳层，使得疲劳性能及抗下陷性能(抗变形性)有所提高。最近，作为防止环境污染和大气气温升高的一种措施，涉及燃烧比率地环境计划正在全球范围内进行。因此，汽车工业已经做出努力来降低汽车的重量。在降低汽车重量中，汽车悬架弹簧是一个重要因素。悬架弹簧具有相当大的重量，因此它已经成为关注的目标。如果悬架弹簧制得轻，此种弹簧必须具有高压力容量(stresscapacity)，高压力容量是通过疲劳强度及抗下陷能力的提高而获得的。如果疲劳强度低，估计疲劳寿命就短，导致弹簧过早断裂。如果抗下陷能力低，弹簧不能支撑车体，导致车体接触减震器。因此，为了克服这些问题，应该提高弹簧的抗下陷能力。按照这种趋势，一种加Si的与SAE6150(Cr-V)合金相比具有优越的抗下陷性的钢引起了工业界的注意。其中，SAE9260(1.8—2.2％Si，SUP7)已经发展为一种优良材料。然而，它存在诸如由于表面脱碳，估计疲劳寿命缩短，为去除表面脱碳层所用费用高昂等问题。为了克服这些问题，开发了SAE9254，它的成份中Si含量减少以使在没有非常恶化抗下陷性的情况下防止表面脱碳；它的成份中还加入了Cr来降低脱碳。然而考虑到目前强调的汽车轻量问题，SAE9254的抗下陷性是不能满足要求的。于是，日本专利公告sho-57-27956，sho-57-169062和sho-57-13148提出了一种具有更优越的抗下陷性能的材料(SRS60)。这种材料是通过向SAE9254中加入少量V以提高抗下陷性能而制成的。得到的SRS60提高了抗下陷性能和强度，但是它在提高脱碳及韧性方面没有贡献。同时，由于此工艺的发展和精度的提高，弹簧的压力容量已经达到极限。因此剩下的工作便是发展一种具有优越的抗下陷能力、高塑性极限、高疲劳强度和高韧性(甚至在高压力下)的高压力容量弹簧材料。按悬架弹簧的情况，如果最大设计压力从传统的110kg/mm2提高到130kg/mm2，弹簧重量能降低25％。因此，如果要降低弹簧重量，将需要一种具有优越抗下陷性能的弹簧材料，在本文中，加入Si是必要的，但是这种情况下，在热轧工艺及热处理过程中将出现脱碳问题。进一步的问题是低韧性伴随着高强度，这些问题必须首先解决。在日本专利公开号Hei-2-301514，Hei-1-31960，sho-63-216591，sho-63-153240，sho-58-67847和sho-58-27956中提出了防止脱碳的传统技术。按照日本专利公开No.Hei-2-301514和sho-63-153240，Cr的成份增加到1.5—3.0％，或者加入铅、硫和钙。然而Cr成份增加降低了抗下陷性能。此外，日本专利公开(sho-62-274058)的一种相似合金，其Si含量仍不能使抗下陷性能达到最高水平。同时，专利sho-63-216591和sho-58-67847提出了降低碳含量，加入铜、钼、锡、锑和砷。这种技术中，存在这样的问题加入的元素太昂贵，且材料的韧性下降。日本专利公开Hei-1-31960和sho-58-27956提出降低Si含量。但是我们不能预期用降低Si含量的的方法来提高抗下陷性能。同时，日本专利公开(Hei-3-2354，Hei-1-184259和Sho-62-170460)提出了高压力容量材料。在日本专利公开Hei-3-2354中，降低C成份以提高韧性，同时加入Mo和Al通过晶粒重新细化来提高抗下陷性能。然而，在日本专利公开Hei-3-2354情况中，通过Mo析出物的分散可获得意想效果，然而Mo的析出温度超过500℃，因此很难维持基体强度。通过加入Al可期望晶粒重新细化，但是氧化铝系列的非金属夹杂将形成，结果导致疲劳性能受到不利影响，使得此种技术不受欢迎。日本专利公开Hei-1-184259提出了通过加入Mn、Cr、V、Ni和Mo来获得高强度的技术。然而，这种情况下，在Cr(1.0-3.5％)和Mo增加的过程中，在材料生产过程中生成低温结构(贝氏体和马氏体结构)的硬化因素大大提高。因此，在弹簧生产过程中，去除表面层的时候会遇到困难，基于这种结果必须加上软化热处理过程。日本专利公开(Sho-62-170460)提出通过加入Ca可降低非金属夹杂物的形成，通过加入Ti使晶粒重新细化，从而提高抗下陷性。然而，这种情况，Ti的加入引起了Ti系列非金属夹杂的形成，结果使疲劳性能恶化。同时，日本专利公开Hei-3-2354提出了一种提高韧性的技术。上述专利揭示了通过减少C，加入Ni来提高韧性的技术。但是，这种情况，C含量的降低引起屈服强度下降，导致抗下陷性能恶化。本专利技术人员研究了元素对韧性及脱碳的影响并发现下述事实通过加入Si可使抗下陷性能最大化，由于加入Si而引起的脱碳问题能够通过加入Ni得到解决。此外，Ni的加入可有效地提高韧性，这样，阻止脱碳和提高韧性可同时获得。因此，本专利技术的一个目的是提供一种低脱碳高韧性弹簧钢及其生产工艺，其中在没有降低C含量的情况下，加入元素Si使抗下陷性能最大化，这样，脱碳问题及韧性降低问题(由加入Si引起的)在弹簧钢生产过程中均可解决。同时，本专利技术人员研究了影响强度与韧性的热处理条件，发现下述事实如果奥氏体热处理在830℃—870℃进行，并且如果油淬之后的回火是在320—420℃进行，那么能生产出强度、韧性合乎要求的弹簧钢。因此，本专利技术的另一个目的是提供一种高强度高韧性的弹簧钢及其生产工艺，其中适当调整热处理条件，以致生产出高强、高韧性的弹簧钢。通过参考附图详细描述本专利技术优选实施方案，上述目的及优越性将更加明显，附图中附图说明图1a所示为不同强度与回火温度的关系曲线及断面收缩率与延伸率与回火温度的关系曲线。图1b所示为硬度(维氏标准)及冲击值与回火温度的关系曲线图2说明了抗下陷性能测量值图3说明了动态抗下陷性能测量值图4、图5说明了室温下静态抗下陷性能测量值。本专利技术提供了一种低脱碳、高韧性弹簧钢，其成份包括(重量％)C(碳)0.5—0.7％，Si(硅)1.0—3.5％，Mn(锰)0.3—1.5％，Cr(铬)0.3—1.0％，V(钒)或Nb(铌)0.05—0.5％，P少于0.02％，S少于0.02％，Ni 0.5—5.0％，剩余Fe和其他不可避免的杂质。本专利技术还提供了一种弹簧钢的生产工艺，钢的成份包括(重量％)C0.5—0.7％，Si1.0—3.5％，Mn0.3—1.5％，Cr0.3—1.0％，V或Nb0.05—0.5％，Ni0.5-5.0％，P少于0.02％，S少于0.02％，剩余Fe及其他不可避免的杂质。将此种弹簧钢加热至超过830℃使其奥氏体化，然后将其淬火，然后将此钢置于320—420℃下回火，由此完成了高强度、高韧性弹簧钢的生产。现在将讨论限制元素在上述范围的原因。限定C含量为0.50—0.70％的原因如下如果C含量少于0.50％，不能确保经淬火和回火后作为一种高应力容量弹簧钢应具备的足够的强度。如果C含量高于0.70％，不能确保伴随高强度的韧性值，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海昌，南元宗，崔钟教，朴秀东，崔钟勋，金章甲，
申请(专利权)人：浦项综合制铁株式会社，产业科学技术研究所，
类型：发明
国别省市：