一种低密度高强度热轧弹簧扁钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度高强度热轧弹簧扁钢，其化学成分按重量百分比计为：C0.50～0.75％，Si 0.80～1.50％，Mn 15.0～20.0％，Al 12.0～17.0％，V 0.20～0.65％，Mg 2.0～7.0％，B 0.002～0.005％，P≤0.020％、S≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质；同时控制1≤(V+80B)/C≤3。本发明专利技术在有效降低钢材密度的同时，可有效兼顾良好的力学强度和抗疲劳性能，且涉及的生产工艺较为简单，成产成本低廉，无需对现有生产设备和工艺流程进行较大改动，适合推广应用。适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度高强度热轧弹簧扁钢及其生产方法


[0001]本专利技术属于钢材及其制备
，具体涉及一种低密度高强度热轧弹簧扁钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]汽车轻量化必然要求汽车零部件的轻量化。重型汽车采用高强度弹簧扁钢可减少钢板弹簧总成自身质量的30～50％，通过提高扁钢每片厚度和减少装配总片数来减轻钢板弹簧的总重量，以此达到汽车零部件的轻量化目的。目前，采用的轻量化技术路径主要为：多片簧
→
少片簧
→
单片簧。
[0003]通常，弹簧扁钢必须经过淬火+回火热处理加工后使用，随着钢材厚度的增加对钢淬透性要求越来越高，否则钢材一旦无法淬透，导致金相组织不合以及强度的下降，无法满足钢板弹簧的减震用途。受制于加工工艺的限制和生产极致成本的控制，通过提升钢的淬透性，增加钢材厚度减少使用片数以此达到汽车板簧减重的目的，当前遇到了瓶颈。
[0004]目前已有一定低密度钢的研究报道，如：专利CN103820735A公开了一种超高强度C
‑
Al
‑
Mn
‑
Si系低密度钢，但涉及的生产工序较复杂，生产周期长，难以进行批量化工业生产，且抗拉强度仅为960～1350MPa，无法满足钢板弹簧高强度及轻量化的要求；专利CN112481555A公开了一种耐高温氧化腐蚀的低密度钢；涉及的生产工序复杂，生产所需时间长，难以进行批量化工业生产。专利CN111663085A一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢，以奥氏体组织为主的钢普遍存在的问题是该类钢的强度较低，其屈服强度一般小于500MPa，作为结构件使用时受到很大的限制，不利于汽车轻量化发展。
[0005]此外，随着社会进步和行业发展，汽车的安全性要求越来越高，虽然目前钢板弹簧疲劳寿命国标要求是不低于8万次，但国内知名主机厂大多要求不低于10万次，甚至要求不低于12万次。高疲劳寿命弹簧扁钢能够保证板簧部件在长期的振动和交变应力作用下不会因过早疲劳而损坏；进一步探索可有效兼顾低密度及高强度和长疲劳寿命等性能的弹簧扁钢，具有重要的研究和应用意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于针对现有弹簧扁钢轻量化、疲劳寿命改性工艺等存在的问题和不足，结合组成和工艺改进手段，提供一种兼具低密度、高强度和长疲劳寿命等性能的弹簧扁钢及其制备方法；以满足各种卡车、客车、以及工程机械车辆用高强弹簧扁钢的轻量化和耐久性等应用需求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种低密度高强度热轧弹簧扁钢，其化学成分按重量百分比计为：C 0.50～0.75％，Si0.80～1.50％，Mn 15.0～20.0％，Al 12.0～17.0％，V 0.20～0.65％，Mg 2.0～7.0％，B 0.002～0.005％，P≤0.020％、S≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质；同时控制1≤(V+80B)/C≤3。
[0009]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的C含量优选为0.50～0.70％。
[0010]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的Si含量优选为0.95～1.40％。
[0011]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的Mn含量优选为16.0～18.0％。
[0012]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的Al含量优选为15.0～17.0％。
[0013]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的V含量优选为0.30～0.50％。
[0014]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的Mg含量优选为3.0～6.0％。
[0015]上述方案中，所述低密度高强度弹簧扁钢中的B含量优选为0.003～0.005％。
[0016]上述一种低密度高强度热轧弹簧扁钢的制备方法，依次包括铁水KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、粗轧、精轧、冷床缓冷步骤；其中钢在冷床缓冷速度为0.1～0.7℃/s。
[0017]上述方案中，所述铁水KR脱硫，在铁水包中搅拌铁水，形成漩涡，先后两次加入脱硫剂和镁粉，降低铁水S含量，控制出站铁水硫含量[S]≤0.015％。
[0018]上述方案中，脱硫剂为石灰和铝灰的混合物，其中CaO含量92～96wt％。
[0019]上述方案中，所述转炉冶炼步骤中终点C控制为0.08～0.45％；出钢温度≥1652℃。
[0020]上述方案中，所述LF精炼步骤采用铝镁合金脱氧；同时，添加石灰和氧化镁的混合物，其中CaO含量85～90wt％；精炼时间≥25min，精炼过程全程吹氩。
[0021]上述方案中，RH真空处理采用的真空度≤80Pa；添加石灰和金属镁的混合物，其中CaO含量70～75wt％；保持真空时间为25～40min。
[0022]上述方案中，所述连铸步骤中铸坯的断面尺寸为(160～200)mm
×
(160～200)mm，拉坯速度稳定控制在1.60～2.15m/min。
[0023]上述方案中，所述铸坯缓冷步骤中，堆垛缓冷或入坑缓冷36～72h。
[0024]上述方案中，所述铸坯加热步骤中，均热温度为1160～1200℃，在炉时间90～120min。
[0025]上述方案中，所述粗轧开轧温度为1040～1140℃。
[0026]上述方案中，所述精轧终轧温度为1000～1060℃，累计变形量在10～50％。
[0027]上述方案中，所述终轧速度11
‑
33m/s，总轧制道次7
‑
12道。
[0028]优选的，所述总轧制道次为7～10道。
[0029]上述方案中，所述精轧后的钢板厚度为33～46mm，宽度为90～110mm。
[0030]根据上述方案制备的低密度高强度弹簧扁钢，其密度≤6.3g/cm3，R
eL
≥1800MPa，R
m
≥2000MPa，A≥9％，Z≥38％，疲劳寿命达16万次以上。
[0031]本专利技术采用的原理为：
[0032]一、主要成分设计
[0033]Mn：Mn对奥氏体的稳定性具有极大的影响，可以扩大奥氏体相区，起固溶强化作用；但是过高的Mn含量会造成成分偏析，形成带状组织以及降低钢材韧性；本专利技术将Mn含量控制为15.0～20.0％。
[0034]Al：Al是低密度钢中重要的轻质元素，结合RH真空处理调控手段和精确控制冷床缓冷速度等手段，能够明显降低材料密度和改善材料热轧组织；Al含量过低时，不会出现k系碳化物出现，k系碳化物是钢在淬火或者热处理后奥氏体基体和晶界上均匀分布的纳米
级碳化物，能够有效提高钢的强度；但是过高的Al含量将恶化钢的微观组织，促进铁素体相的形成；因此，本专利技术将Al含量控制为12.0～17.0％。
[0035]V：V是亲C合金元素，可以形成稳定的VC纳米析出物，既可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度高强度热轧弹簧扁钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计为：C 0.50～0.75％，Si 0.80～1.50％，Mn 15.0～20.0％，Al 12.0～17.0％，V 0.20～0.65％，Mg 2.0～7.0％，B 0.002～0.005％，P≤0.020％、S≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质；同时控制1≤(V+80B)/C≤3。2.根据权利要求1所述的低密度高强度热轧弹簧扁钢，其特征在于，所述低密度高强度弹簧扁钢中的Al含量为15.0～17.0％。3.根据权利要求1所述的低密度高强度热轧弹簧扁钢，其特征在于，所述低密度高强度弹簧扁钢中的Mg含量优选为3.0～6.0％。4.根据权利要求1所述的低密度高强度热轧弹簧扁钢，其特征在于，所述低密度高强度弹簧扁钢中的B含量优选为0.003～0.005％。5.权利要求1～4任一项所述低密度高强度热轧弹簧扁钢的制备方法，其特征正在于，依次包括铁水KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁礼权，王彦林，张贤忠，卜胜江，仇东丽，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：