一种高强度弹簧钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度弹簧钢及其生产方法，包括：S1、按照设计钢种的成分：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.15％～0.25％，准备纯铁、金属铬、钒铁、锰、工业硅和石墨，其余为铁和不可避免杂质；S2、将纯铁和部分石墨置于炉内抽真空后升温冶炼，完全熔化后加入工业硅和金属铬，完全熔化后调节熔炼温度，加入剩余的石墨精炼，同时抽真空，精炼后加入钒铁和锰，完全熔化后搅拌均匀得到钢液；S3、调节钢液温度浇注成铸锭；S4、对铸锭进行淬火处理，经油冷至室温，再进行回火处理，经空冷至室温，得到高强度弹簧钢。弹簧钢的强度得到了极大的改善，同时兼顾其韧性。

A High Strength Spring Steel and Its Production Method

The invention discloses a high strength spring steel and its production method, including: S1. According to the composition of the designed steel grades, C: 0.51-0.65%, Si: 1.20-1.60%, Mn: 0.50-0.80%, P: 0-0.012%, S: 0-0.010%, Cr: 0.50-0.80%, Cu: 0-0.25%, V: 0.15-0.25%, preparing pure iron, metallic chromium, vanadium-iron, manganese, industrial silicon and graphite, the rest being pure iron, metallic chromium, vanadium-iron, manganese and graphite. Iron and unavoidable impurities; S2, put pure iron and some graphite in the furnace after vacuum and heating smelting, add industrial silicon and metal chromium after complete melting, adjust melting temperature after complete melting, add remaining graphite refining, vacuum extraction, adding vanadium iron and manganese after refining, stir evenly to get molten steel after complete melting; S3, adjust the temperature of molten steel to cast ingots; S4, pair casting. The ingot is quenched, oil-cooled to room temperature, then tempered, and air-cooled to room temperature to obtain high strength spring steel. The strength of spring steel has been greatly improved, taking into account its toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度弹簧钢及其生产方法
本专利技术属于冶金
，尤其涉及一种高强度弹簧钢及其制备方法。
技术介绍
汽车悬架弹簧作为汽车悬架中的弹性元件，主要作用是在车桥和车架或车身之间用作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击，其质量好坏，对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。其中，轿车、乘用车对悬架弹簧性能要求较高，需要达到减小噪音、提高舒适度和平稳性等要求。高强弹簧钢的淬火温度一般在850℃～900℃之间，中温回火在350℃～500℃之间，回火组织为回火托氏体，中温回火后，工件的淬火应力基本消失，因此钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，良好的塑性和韧性。目前国内可以批量生产的高强度弹簧钢的抗拉强度基本在1700MPa～1900MPa之间，基础钢种都是55SiCr。按照《热处理规范手册》，55SiCrA淬火加热温度为860℃±20℃，冷却方式为油冷；回火温度为450℃±50℃(特殊需要时，±30℃)。目前悬架弹簧发展趋势正逐步向轻量化、高应力、高可靠度方向发展。将螺旋弹簧制造成具有较低厚度或较少匝数以响应轻型车辆的要求，然而这种螺旋弹簧在切削后会导致强度不足，并且具有小厚度的螺旋弹簧在经历部分断裂之后有快速进入完全断裂的风险。为了避免这个问题，通过改进强度来增加材料的耐久性是目前汽车工业要解决的重要问题。因此，亟需一种高强度弹簧钢及其生产方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种高强度弹簧钢及其生产方法。使弹簧钢的强度和韧性得到了极大的改善，在达到高强度弹簧钢强度和硬度要求的同时兼顾其韧性。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种高强度弹簧钢的生产方法，包括以下步骤：S1、配料：按照设计钢种的各化学成分重量百分比，准备冶炼所需的原料，设计钢种的各化学成分重量百分比为：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.15％～0.25％，其余为铁和不可避免的杂质；所述原料包括纯铁、金属铬、钒铁、锰、工业硅和石墨。S2、熔炼：将纯铁和石墨总质量70％～90％的石墨置于炉内，对炉内进行第一次真空度调节后升温冶炼，待纯铁和石墨完全熔化后，加入工业硅和金属铬，待工业硅和金属铬完全熔化后，调节熔炼温度，然后加入剩余的石墨进行精炼，并同时对炉内进行第二次真空度调节，精炼后加入钒铁和锰，待钒铁和锰完全熔化后、搅拌均匀得到钢液。S3、浇注：调节钢液温度后出钢，将钢液浇注成铸锭。S4、热处理：对浇注的铸锭进行淬火处理，经油冷至室温，再对淬火后的铸锭进行回火处理，经空冷至室温，得到高强度弹簧钢。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，设计钢种的各化学成分重量百分比为：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.16％～0.21％，其余为铁和不可避免的杂质。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，设计钢种的各化学成分重量百分比为：C：0.54％、Si：1.40％、Mn：0.68％、P：0.0057％、S：0.0026％、Cr：0.66％、V：0.21％，其余为铁和不可避免的杂质。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S2中，炉内第一次真空度调节，是将炉内真空度调节至0～0.1Pa后升温冶炼。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S2中，待纯铁和石墨完全熔化后，先加入工业硅，待其完全熔化后5min后，再加入金属铬。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S2中，待工业硅和金属铬完全熔化后，调节熔炼温度为1560～1580℃，然后加入剩余的石墨进行精炼，并对炉内真空度进行第二次调节，调节真空度至0～1Pa；所述精炼时间为10～20min。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S2中，若在精炼期间喷溅严重，向炉内充入保护气体，直至炉内压力提高至10MPa，保持至精炼结束。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S2中，精炼后3min后加入钒铁，待其完全熔化后，再加入锰。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S3中，调节钢液温度为1550～1580℃后出钢。作为本专利技术高强度弹簧钢的生产方法的一种改进，在步骤S4中，淬火温度为860～880℃，淬火时间为20～40min，回火温度为340～360℃，回火时间为100～140min。一种高强度弹簧钢，采用上述高强度弹簧钢的生产方法制备而成。作为本专利技术高强度弹簧钢的一种改进，在弹簧钢的晶界处存在纳米级的VC(碳化钒)颗粒。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：(1)通过在55SiCr弹簧钢的基础上添加微量的钒，V元素与C、N元素结合力较强，在凝固或热加工过程中形成MC型碳化物、氮化物及碳氮化物，它们不仅可以阻止加热过程中钢中奥氏体晶粒的长大和粗化，还能以“析出强化”的方式提高钢的强度。(2)在热处理过程中，通过对浇注的铸锭进行淬火处理，淬火温度为880℃，淬火时间为30min，经油冷至室温，再对淬火后的铸锭进行回火处理，回火温度为350℃，回火时间为2h，经空冷至室温，得到55SiCrV弹簧钢，实现其屈服强度达到2100MPa以上，同时断面收缩率达到38％以上，断后伸长率达10％以上，在达到高强度弹簧钢强度和硬度要求的同时兼顾其韧性。附图说明本专利技术借助于以下附图进行描述：图1为本专利技术实施例中的热处理工艺曲线图；图2为本专利技术对比例中的传统热处理工艺曲线图；图3为本专利技术对比例1中弹簧钢55SiCr拉伸试验后的微观断口形貌图；图4为本专利技术实施例1中弹簧钢55SiCrV拉伸试验后的微观断口形貌图；图5为本专利技术实施例2中弹簧钢55SiCrV拉伸试验后的微观断口形貌图；图6为本专利技术实施例2中弹簧钢55SiCrV析出的碳化物的透射电子显微镜照片(TEM)。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。在本专利技术的各实施例中，各化学组成的百分数含量，除特别说明之外，均为重量百分数含量。本专利技术中的高强度弹簧钢，是在55SiCr弹簧钢的基础上，添加微量的钒，使抗拉强度达到预期要求。该弹簧钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.15％～0.25％，其余为铁和不可避免的杂质。其中V元素与C、N元素结合力较强，在凝固或热加工过程中形成MC型碳化物、氮化物及碳氮化物，它们不仅可以阻止加热过程中钢中奥氏体晶粒的长大和粗化，还能以析出强化的方式提高钢的强度。本专利技术还提供了上述高强度弹簧钢的生产方法，其包括以下步骤：S1、配料：按照上述弹簧钢的化学成分重量百分比，准备冶炼所需的原料，包括纯铁、金属铬、钒铁、电解锰、工业硅、石墨块。S2、熔炼：将纯铁和70％～90％的石墨块置于炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度弹簧钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配料：按照设计钢种的各化学成分重量百分比，准备冶炼所需的原料，所述设计钢种的各化学成分重量百分比为：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.15％～0.25％，其余为铁和不可避免的杂质；所述原料包括纯铁、金属铬、钒铁、锰、工业硅和石墨；S2、熔炼：将纯铁和石墨总质量70％～90％的石墨置于炉内，对炉内进行第一次真空度调节后升温冶炼，待纯铁和石墨完全熔化后，加入工业硅和金属铬，待工业硅和金属铬完全熔化后，调节熔炼温度，然后加入剩余的石墨进行精炼，并同时对炉内进行第二次真空度调节，精炼后加入钒铁和锰，待钒铁和锰完全熔化后、搅拌均匀得到钢液；S3、浇注：调节钢液温度后出钢，将钢液浇注成铸锭；S4、热处理：对浇注的铸锭进行淬火处理，经油冷至室温，再对淬火后的铸锭进行回火处理，经空冷至室温，得到高强度弹簧钢。

【技术特征摘要】
1.一种高强度弹簧钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配料：按照设计钢种的各化学成分重量百分比，准备冶炼所需的原料，所述设计钢种的各化学成分重量百分比为：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.15％～0.25％，其余为铁和不可避免的杂质；所述原料包括纯铁、金属铬、钒铁、锰、工业硅和石墨；S2、熔炼：将纯铁和石墨总质量70％～90％的石墨置于炉内，对炉内进行第一次真空度调节后升温冶炼，待纯铁和石墨完全熔化后，加入工业硅和金属铬，待工业硅和金属铬完全熔化后，调节熔炼温度，然后加入剩余的石墨进行精炼，并同时对炉内进行第二次真空度调节，精炼后加入钒铁和锰，待钒铁和锰完全熔化后、搅拌均匀得到钢液；S3、浇注：调节钢液温度后出钢，将钢液浇注成铸锭；S4、热处理：对浇注的铸锭进行淬火处理，经油冷至室温，再对淬火后的铸锭进行回火处理，经空冷至室温，得到高强度弹簧钢。2.根据权利要求1所述的高强度弹簧钢的生产方法，其特征在于，在步骤S2中，所述炉内第一次真空度调节，是将炉内真空度调节至0～0.1Pa后升温冶炼。3.根据权利要求1所述的高强度弹簧钢的生产方法，其特征在于，在步骤S2中，待纯铁和石墨完...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚伟，姜周华，庞昇，李涵，李阳，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21