一种高强度弹簧钢丝及生产方法技术

本发明专利技术涉及弹簧钢丝加工技术领域，特别涉及一种高强度弹簧钢丝及生产方法，该弹簧钢丝按重量百分比计，组成如下：C：0.55％～0.64％，Mn：0.70％～0.90％，Si：1.50％～1.70％，Mn：0.30％～0.50％，Ni：0.20％～0.25％，W：0.5％～1.0％，Ti：0.001％～0.002％，Cr：0.8％～1.2％，Al：0.01％～0.03％，Cu：<0.25％，P：<0.03％，S≤0.10％，Pb、Sn、Zn和B的总含量<0.02％，余量为Fe以及不可去除的杂质。本发明专利技术得到的弹簧钢丝的抗拉强度为2145～2280MPa，屈服强度为1991～2070MPa，屈强比为≥90％，断后延伸率为8％～11％，断面收缩率为40％～50％；同时，本发明专利技术提供的生产方法，工艺简单，来源广泛，生产成本较低，适宜于工业大规模推广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度弹簧钢丝及生产方法


[0001]本专利技术涉及弹簧钢丝加工
，特别涉及一种高强度弹簧钢丝及生产方法。

技术介绍

[0002]随着全球环境保护形势的日趋严峻，对节能环保的需求也渗透到各行各业，因此在汽车及工程机械制造过程中对材料轻量化也越来越重视。弹簧在汽车及工程机械制造行业被广泛应用，为了满足弹簧的材料轻量化需求，要求弹簧材料向高强度、高应力、高疲劳寿命的方向发展。用于制造弹簧的弹簧钢丝抗拉强度的提高有利于弹簧的许用应力及疲劳寿命的提高，进而实现弹簧的材料轻量化需求。
[0003]目前弹簧的设计许用应力一般在900MPa以下，如果想将弹簧的设计许用应力提升到1100MPa以上，则要求制造弹簧的弹簧钢丝对应的抗拉强度必须大于2000MPa。同时，高疲劳寿命的弹簧材料不仅需要具有高的抗拉强度，而且要求屈强比大于0.9。又考虑到弹簧的冷卷过程是一个冷弯变形的过程，为了避免弹簧钢丝在加工过程中断裂，对弹簧钢丝的塑性指标有一定的要求：即当弹簧钢丝的断面收缩率≥40％时在卷制过程中很少发生断裂，当弹簧钢丝的断面收缩率≥45％时在卷制过程中基本不会发生因材料塑性而引起的断裂。
[0004]例如：公开号为CN113584265A的中国专利，公开了一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，其化学成分包括：C：0.56～0.64％，Si：1.65～1.95％，Mn：0.61～0.89％，Cr：0.22～0.35％，Nb：0.020～0.050％，Zr：0.03～1.20％，V：0.028～0.048％，B：0.002～0.004％，P：≤0.01％，S：≤0.01％，O：≤0.01％，N≤0.02％，余量为Fe以及不可去除的杂质；制备工艺包括：将合金弹簧钢带先奥氏体化处理，然后进行淬火处理，在经过热处理后冷却，最后通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形，但是该材料脱碳和石墨化倾向较大，具有脆性。
[0005]又如：公开号为CN115094335A的中国专利，公开了一种汽车尾门弹簧钢丝及其制备方法，其化学成分包括：C0.60％
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0.70％、Si 1.40％
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1.60％、Mn 0.40％
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0.70％、Cr 0.40％
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0.70％、V 0.10％
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0.20％、P≤0.10％、S≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；制备工艺包括：熔炼，连铸获得连铸坯，将连铸坯预热后经过孔型轧制获得热轧盘条，将热轧盘条进行表面喷丸处理，自然时效，然后进行剥皮处理，将剥皮处理的盘条进行退火处理，然后退火处理后的盘条通过磷化槽，进行磷化处理，再进行连续减径拉拔获得钢丝，将钢丝加热后进行油淬火处理、再进行回火处理，即得弹簧钢丝，但是该材料采用喷丸强化处理工艺以提高其机械强度，为了能让材料继续变形，中间还进行再结晶退火工艺，大大的增加了生产成本。
[0006]为此，提出一种高强度弹簧钢丝及生产方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度弹簧钢丝及生产方法，该弹簧钢丝具有机械强度高、延伸率大、断面收缩率高的优点；本专利技术同时提供其生产方法，工艺简单，来源广泛，生产成本较低，适宜于工业大规模推广。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种高强度弹簧钢丝，按重量百分比计，组成如下：C：0.55％～0.64％，Mn：0.70％～0.90％，Si：1.50％～1.70％，Mn：0.30％～0.50％，Ni：0.20％～0.25％，W：0.5％～1.0％，Ti：0.001％～0.002％，Cr：0.8％～1.2％，Al：0.01％～0.03％，Cu：<0.25％，P：<0.03％，S≤0.10％，Pb、Sn、Zn和B的总含量<0.02％，余量为Fe以及不可去除的杂质；
[0010]所述弹簧钢丝表面封装有第二相强化粒子，所述第二相强化粒子封装时的掺入量为1.2～1.8g/1kg的钢。
[0011]具体的，所述第二相强化粒子由质量比为1～2：1：0.5～1：0.1～0.3的铁粉、碳化钨、无水乙醇和卵磷脂组成，所述碳化钨的平均粒径小于10nm；所述第二相强化粒子为经过如下步骤处理得到：
[0012]将铁粉、碳化钨、无水乙醇和卵磷脂以1～2：1：0.5～1：0.1～0.3的比例加入搅拌机中分散均匀得到混合液，将混合液使用喷雾干燥仪进行干燥制粒，制得平均粒径为30nm的第二相强化粒子。
[0013]一种高强度弹簧钢丝的生产方法，包括如下步骤：
[0014]按照设计比例配取各原料，熔炼，连铸获得连铸坯，将连铸坯预热后经过孔型轧制获得一级热轧盘条，将一级热轧盘条进行第二相强化粒子封装，将封装有第二相强化粒子的一级热轧盘条进行重熔，然后重熔处理后的强化合金钢再次经过孔型轧制获得二级热轧盘条，将二级热轧盘条通过磷化槽，进行磷化处理，磷化时间8～12分钟，再进行连续减径拉拔获得钢丝，将钢丝进行淬火回火处理，即得弹簧钢丝。
[0015]具体的，所述熔炼包括初炼和精炼，初炼包括如下步骤：将各原料按配比投入熔炼炉内进行初炼，初炼温度按500℃/30min的升温速度升至1500～1600℃，并在此温度下初炼30～60min；精炼包括如下步骤：将初炼后的合金液置于精炼炉内进行精炼，精炼温度为1300～1400℃，精炼30～50min，精炼过程中在合金液中通入氮气保护，精炼后将合金液冷却成铸锭。
[0016]具体的，所述将连铸坯预热后经过孔型轧制获得一级热轧盘条的步骤包括：
[0017]将连铸坯在1000～1150℃进行预热，预热1～2h，随后在900～1150℃进行孔型轧制获得直径为5～10mm的一级热轧盘条，所述一级热轧盘条的抗拉强度为950～1150MPa，索氏体＞85％。
[0018]具体的，所述将一级热轧盘条进行第二相强化粒子封装，将封装有第二相强化粒子的热轧盘条进行重熔的步骤包括：
[0019]在热轧盘条上均匀开设封装孔，随后在每个封装孔内填充等量的第二相强化粒子，随后对每个封装孔进行封控处理，将封装有第二相强化粒子的热轧盘条进行重熔，在重熔过程中，热轧盘条熔化后，第二相强化粒子被释放并与熔化的合金水融合，随后在水冷结晶器内凝固，得到经过第二相强化后得到强化合金钢。
[0020]具体的，所述重熔处理后的强化合金钢再次经过孔型轧制获得二级热轧盘条的步骤包括：
[0021]将强化合金钢在1150～1200℃进行预热，预热1～2h，随后在1000～1200℃进行孔型轧制获得直径为5～8mm的二级热轧盘条，所述二级热轧盘条的抗拉强度为1000～1200MPa，索氏体＞92％。
[0022]具体的，所述连续减径拉拔获得钢丝的步骤中，拉拔次数为3～5道次，拉拔后所得钢丝的直径为4～6mm。
[0023]具体的，所述钢丝进行淬火回火处理的步骤包括：在20～30s内快速加热到900～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度弹簧钢丝，其特征在于，按重量百分比计，组成如下：C：0.55％～0.64％，Mn：0.70％～0.90％，Si：1.50％～1.70％，Mn：0.30％～0.50％，Ni：0.20％～0.25％，W：0.5％～1.0％，Ti：0.001％～0.002％，Cr：0.8％～1.2％，Al：0.01％～0.03％，Cu：<0.25％，P：<0.03％，S≤0.10％，Pb、Sn、Zn和B的总含量<0.02％，余量为Fe以及不可去除的杂质；所述弹簧钢丝表面封装有第二相强化粒子，所述第二相强化粒子封装时的掺入量为1.2～1.8g/1kg的钢。2.根据权利要求1所述的一种高强度弹簧钢丝，其特征在于，所述第二相强化粒子由质量比为1～2：1：0.5～1：0.1～0.3的铁粉、碳化钨、无水乙醇和卵磷脂组成，所述碳化钨的平均粒径小于10nm；所述第二相强化粒子为经过如下步骤处理得到：将铁粉、碳化钨、无水乙醇和卵磷脂以1～2：1：0.5～1：0.1～0.3的比例加入搅拌机中分散均匀得到混合液，将混合液使用喷雾干燥仪进行干燥制粒，制得平均粒径为30nm的第二相强化粒子。3.根据权利要求1
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2任一所述的一种高强度弹簧钢丝的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：按照设计比例配取各原料，熔炼，连铸获得连铸坯，将连铸坯预热后经过孔型轧制获得一级热轧盘条，将一级热轧盘条进行第二相强化粒子封装，将封装有第二相强化粒子的一级热轧盘条进行重熔，然后重熔处理后的强化合金钢再次经过孔型轧制获得二级热轧盘条，将二级热轧盘条通过磷化槽，进行磷化处理，磷化时间8～12分钟，再进行连续减径拉拔获得钢丝，将钢丝进行淬火回火处理，即得弹簧钢丝。4.根据权利要求3所述的一种高强度弹簧钢丝的生产方法，其特征在于，所述熔炼包括初炼和精炼，初炼包括如下步骤：将各原料按配比投入熔炼炉内进行初炼，初炼温度按500℃/30min的升温速度升至1500～1600℃，并在此温度下初炼30～60min；精炼包括如下步骤：将初...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏正瀚，
申请(专利权)人：苏州永泰不锈钢制品有限公司，
类型：发明
国别省市：