一种高韧性弹簧钢及其制备方法
【专利摘要】本发明是一种高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为：C：0.53-0.68%、Mn:1.5-2.0%、Ni:1.21-1.36%、Cr:0.89-0.96%、Nb:0.45-0.60%、Si:1.24-1.56%、P：0.006-0.008%、S：0.002-0.005%、V：0.17-0.19%、Ti：0.05-0.07%、Al：0.08-0.1%、O≤0.006%、H≤0.00020%，Cu≤0.15%，Mo：0.23-0.25%，稀土微量元素：0.23-0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的弹簧钢弹性好，适合在载荷环境下正常的工作，对制造弹簧材质具有较高的屈服强度，并且具有较长的寿命，并且不会在极恶劣条件下出现脆断的问题,通过控制弹簧钢中主要的微量元素的含量来提高弹簧钢的疲劳性能，特别通过控制钢中S与Als的重量比,从而能在弹簧钢的生产过程中可靠地提高弹簧钢的抗疲劳性能。
【专利说明】
一种高韧性弹簧钢及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种钢材及其制备方法，具体地说是一种高韧性弹簧钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]伴随着对机动车辆的轻质化、高性能化要求越来越高，弹簧也被高强度化，将热处理后抗拉强度超过1600MPa的高强度钢用于弹簧。近年来还一直在使用抗拉强度超过1900MPa的钢。在使用钢的螺旋弹簧的制造方法中，有在将钢加热到奥氏体区后进行卷绕，然后进行淬火回火的热卷绕；以及将预先对钢实施了淬火回火的高强度钢丝在冷状态下进行卷绕的冷卷绕。无论在哪种情况下，都由淬火回火决定弹簧的基本强度。所以对于弹簧钢而言，考虑到淬火回火后的特性的成分设计是重要的。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高韧性弹簧钢及其制备方法，将钢材的组分含量进行优化，从而提高材料的抗疲劳和耐腐蚀的特性。
[0004]本发明解决以上技术问题的技术方案是:提供一种高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.53-0.68%、Mn:1.5-2.0%、N1:1.21-1.36%^Cr:0.89-0.96%^Nb:0.45-
0.60%、S1:1.24-1.56%、P:0.006-0.008%、S:0.002-0.005%、V:0.17-0.19%、Ti:0.05-0.07%、Al:0.08-0.1%^0< 0.006%^H< 0.00020%,Cu < 0.15%，Mo: 0.23-0.25%，稀土微量元素:
0.23-0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:13-15%，镨:15-18%，镝:11 -14%，钬:5-8%，钇:8-10%，余量为镧;该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0005]本发明进一步限定的技术方案是:前述的高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.53%、Mn:1.5%、N1:1.21%、Cr: 0.89%^Nb: 0.45%、S1:1.24%、P:0.006%、S:0.002%、V:0.17%、Ti:0.05%、A1:0.08%< 0.006%、H < 0.00020%，Cu < 0.15%,Mo:0.23%，稀土微量元素:0.23%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铺:15%，镨:15%，镝:11%，钬:5%，钇:8%，余量为镧;该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0006]前述的高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.58%,Mn: 1.8%、N1:1.26%^Cr: 0.92%、Nb: 0.55%、S1:1.36%、P:0.007%、S:0.004%、V:0.18%、Ti:0.06%、A1:0.09%、
0< 0.006%、H< 0.00020%,Cu <0.15%,Mo:0.24%，稀土微量元素:0.24%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:14%，镨:16%，镝:13%，钬:7%，钇:9%，余量为镧； 该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0007]前述的高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.68%,Mn: 2.0%、N1:1.36%^Cr: 0.96%^Nb: 0.60%、S1:1.56%、P: 0.008%、S: 0.005%、V: 0.19%、Ti:0.07%、A1:0.1%、0
<0.006%、H < 0.00020%，Cu <0.15%,Mo: 0.25%，稀土微量元素:0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:15%，镨:18%，镝:14%，钬:8%，钇:10%，余量为镧;该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0008]—种高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤:
(1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1570-1690°C，采用水冷以6-8°C/s的冷却速率将板坯水冷至310-330°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为960-980°C，终乳温度为770-790°C，采用压缩空气或雾状淬火液以1-3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1350-1370°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1170-1190°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以5-9°C/s的冷却速率将钢板水冷至970-990°C，然后采用水冷7-9°C/s的冷却速率将板坯冷至690-710°C，再采用气雾冷却以
l-3°C/s的冷却速率将钢板水冷至550-570°C。
[0009]前述的高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤:
(1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1570°C，采用水冷以8°C/s的冷却速率将板坯水冷至310°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为960°C，终乳温度为770°C，采用压缩空气或雾状淬火液以3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1350°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1170°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以5°C/s的冷却速率将钢板水冷至970°C，然后采用水冷7°C/s的冷却速率将板坯冷至690°C，再采用气雾冷却以2°C/s的冷却速率将钢板水冷至560°C。
[0010]前述的高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤:
(1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1630°C，采用水冷以7°C/s的冷却速率将板坯水冷至320°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为970°C，终乳温度为780°C，采用压缩空气或雾状淬火液以2°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1360°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1180°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以7°C/s的冷却速率将钢板水冷至980°C，然后采用水冷8°C/s的冷却速率将板坯冷至700°C，再采用气雾冷却以2°C/s的冷却速率将钢板水冷至560°C。
[0011]进一步的，前述的高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤:
(1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1580°C，采用水冷以8°C/s的冷却速率将板坯水冷至330°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为980°C，终乳温度为790°C，采用压缩空气或雾状淬火液以3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1370°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1190°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以9°C/s的冷却速率将钢板水冷至990°C，然后采用水冷9°C/s的冷却速率将板坯冷至710°C，再采用气雾冷却以3°C/s的冷却速率将钢板水冷至570°C。
[0012]本发明的有益效果是:
本发明的弹簧钢弹性好，适合在载荷环境下正常的工作，对制造弹簧材质具有较高的屈服强度，并且具有较长的寿命，并且不会在极恶劣条件下出现脆断的问题，通过控制弹簧钢中主要的微量元素的含量来提高弹簧钢的疲劳性能，特别通过控制钢中S与Als的重量比，从而能在弹簧钢的生产过程中可靠地提高弹簧钢的抗疲劳性能。钢材经热处理后材料的晶粒度为8.0级或以上，抗拉强度在1920MPa以上，断面收缩率Z240%，断后伸长率210%，比现有商用钢制的弹簧有更高的疲劳寿命和耐腐蚀疲劳性能，可制成最大设计剪应力1180MPa的高疲劳强度弹簧。
【具体实施方式】
[0013]以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0014]实施例1
本实施例是一种高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.53%,Mn: 1.5%、N1:1.21%、Cr: 0.89%^Nb: 0.45%、S1:1.24%、P: 0.006%、S: 0.002%、V: 0.17%、Ti:0.05%、A1:0.08%、
0< 0.006%、H< 0.00020%，Cu <0.15%,Mo:0.23%，稀土微量元素:0.23%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铺:15%，镨:15%，镝:11%，钬:5%，钇:8%，余量为镧;该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0015]本实施例的高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤: (1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1570°C，采用水冷以8°C/s的冷却速率将板坯水冷至310°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为960°C，终乳温度为770°C，采用压缩空气或雾状淬火液以3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1350°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1170°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以5°C/s的冷却速率将钢板水冷至970°C，然后采用水冷7°C/s的冷却速率将板坯冷至690°C，再采用气雾冷却以2°C/s的冷却速率将钢板水冷至560°C。
[0016]实施例2
本实施例是一种高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.58%,Mn: 1.8%、N1:1.26%^Cr:0.92%、Nb: 0.55%、S1:1.36%、P: 0.007%、S: 0.004%、V: 0.18%、Ti:0.06%、A1:0.09%、0 < 0.006%、H< 0.00020%,Cu <0.15%,Mo:0.24%，稀土微量元素:0.24%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:14%，镨:16%，镝:13%，钬:7%，钇:9%，余量为镧；
该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0017]本实施例的高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤:
(1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1630°C，采用水冷以7°C/s的冷却速率将板坯水冷至320°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为970°C，终乳温度为780°C，采用压缩空气或雾状淬火液以2°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1360°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1180°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以7°C/s的冷却速率将钢板水冷至980°C，然后采用水冷8°C/s的冷却速率将板坯冷至700°C，再采用气雾冷却以2°C/s的冷却速率将钢板水冷至560°C。
[0018]实施例3
本实施例是一种高韧性弹簧钢，该钢材的成分及质量百分比为:C:0.68%,Mn: 2.0%、N1:1.36%^Cr:0.96%^Nb:0.60%、S1:1.56%、P:0.008%、S: 0.005%、V: 0.19%、Ti:0.07%、A1:0.1%、0
<0.006%、H < 0.00020%，Cu <0.15%,Mo: 0.25%，稀土微量元素:0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:15%，镨:18%，镝:14%，钬:8%，钇:10%，余量为镧;该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< 1mdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。
[0019]本实施例的高韧性弹簧钢的制备方法，包含以下步骤:
(1)粗料精炼
所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1580°C，采用水冷以8°C/s的冷却速率将板坯水冷至330°C再进行精乳工序；
(2)精乳工艺
精乳开始温度为980°C，终乳温度为790°C，采用压缩空气或雾状淬火液以3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温；
(3)钢材热处理
将钢板通过回火炉回火加热到1370°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1190°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以9°C/s的冷却速率将钢板水冷至990°C，然后采用水冷9°C/s的冷却速率将板坯冷至710°C，再采用气雾冷却以3°C/s的冷却速率将钢板水冷至570°C。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.一种高韧性弹簧钢，其特征在于:该钢材的成分及质量百分比为:c:0.53-0.68%、Mn: 1.5-2.0%、N1:1.21-1.36%、Cr: 0.89-0.96%^Nb: 0.45-0.60%、S1:1.24-1.56%、P:0.006-0.008%、S:0.002-0.005%、V:0.17-0.19%、T1:0.05-0.07%、Α1:0.08-0.1%、0<0.006%、Η<0.00020%，Cu <0.15%,Mo:0.23-0.25%，稀土微量元素:0.23-0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质； 所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:13-15%，镨:15-18%，镝:11 -14%，钬:5-8%，钇:8-10%，余量为镧； 该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< lOmdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。2.如权利要求1所述的高韧性弹簧钢，其特征在于:该钢材的成分及质量百分比为:C:0.53%、Mn:1.5%、N1:1.21%、Cr:0.89%^Nb:0.45%、S1:1.24%、P:0.006%、S:0.002%、V:0.17%、T1:0.05%、Al:0.08%、0 < 0.006%^H < 0.00020%, Cu < 0.15%，Mo: 0.23%，稀土微量元素:0.23%，余量为Fe和不可避免的杂质； 所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:15%，镨:15%，镝:11%，钬:5%，钇:8%，余量为镧； 该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< lOmdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。3.如权利要求1所述的高韧性弹簧钢，其特征在于:该钢材的成分及质量百分比为:C:0.58%、Mn:1.8%、N1:1.26%^Cr: 0.92%、Nb:0.55%、S1:1.36%、P:0.007%、S:0.004%、V:0.18%、T1:0.06%、Al:0.09%、0 < 0.006%^H < 0.00020%, Cu < 0.15%，Mo: 0.24%，稀土微量元素:0.24%，余量为Fe和不可避免的杂质； 所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:14%，镨:16%，镝:13%，钬:7%，乾:9%，余量为镧； 该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< lOmdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。4.如权利要求1所述的高韧性弹簧钢，其特征在于:该钢材的成分及质量百分比为:C:0.68%、Mn:2.0%、N1:1.36%^Cr: 0.96%^Nb: 0.60%、S1:1.56%、P:0.008%、S:0.005%、V:0.19%、T1: 0.07%、Al: 0.1%、0 < 0.006%、H < 0.00020%，Cu < 0.15%,Mo: 0.25%，稀土微量元素:0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质； 所述复合稀土按重量百分比包括以下组分:铈:15%，镨:18%，镝:14%，钬:8%，乾:10%，余量为镧； 该钢材抗点蚀当量PREN>35，点腐蚀速率< lOmdd，钢管金相组织为奥氏体和铁素体组织，铁素体含量为40-50%。5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于:包含以下步骤: (1)粗料精炼 所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1570-1690°C，采用水冷以6-8°C/s的冷却速率将板坯水冷至310-330°C再进行精乳工序； (2)精乳工艺 精乳开始温度为960-980°C，终乳温度为770-790°C，采用压缩空气或雾状淬火液以1_3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温； (3)钢材热处理 将钢板通过回火炉回火加热到1350-1370°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1170-1190°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以5-9°C/s的冷却速率将钢板水冷至970-990°C，然后采用水冷7-9°C/s的冷却速率将板坯冷至690-710°C，再采用气雾冷却以l-3°C/s的冷却速率将钢板水冷至550-570°C。6.如权利要求5所述的高韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于:包含以下步骤: (1)粗料精炼 所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1570°C，采用水冷以8°C/s的冷却速率将板坯水冷至310°C再进行精乳工序； (2)精乳工艺 精乳开始温度为960°C，终乳温度为770°C，采用压缩空气或雾状淬火液以3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温； (3)钢材热处理 将钢板通过回火炉回火加热到1350°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1170°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以5°C/s的冷却速率将钢板水冷至970°C，然后采用水冷7°C/s的冷却速率将板坯冷至690°C，再采用气雾冷却以2°C/s的冷却速率将钢板水冷至560°C。7.如权利要求5所述的高韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于:包含以下步骤: (1)粗料精炼 所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1630°C，采用水冷以7°C/s的冷却速率将板坯水冷至320°C再进行精乳工序； (2)精乳工艺 精乳开始温度为970°C，终乳温度为780°C，采用压缩空气或雾状淬火液以2°C/s的冷却速率将钢材冷至室温； (3)钢材热处理 将钢板通过回火炉回火加热到1360°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1180°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以7°C/s的冷却速率将钢板水冷至980°C，然后采用水冷8°C/s的冷却速率将板坯冷至700°C，再采用气雾冷却以2°C/s的冷却速率将钢板水冷至560°C。8.如权利要求5所述的高韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于:包含以下步骤: (1)粗料精炼 所述精炼采用Si脱氧，精炼温度为1580°C，采用水冷以8°C/s的冷却速率将板坯水冷至330°C再进行精乳工序； (2)精乳工艺 精乳开始温度为980°C，终乳温度为790°C，采用压缩空气或雾状淬火液以3°C/s的冷却速率将钢材冷至室温； (3)钢材热处理 将钢板通过回火炉回火加热到1370°C，出炉后通过压缩空气快速冷却到1190°C，再采用风冷、水冷与气雾冷却结合，先采用风冷以9°C/s的冷却速率将钢板水冷至990°C，然后采用水冷9°C/s的冷却速率将板坯冷至710°C，再采用气雾冷却以3°C/s的冷却速率将钢板水冷至570°C。
【文档编号】C22C38/14GK105821311SQ201510886943
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月7日
【发明人】蒋建英, 蒋云英, 顾连英
【申请人】苏州市吴中区胥口丰收机械配件厂