高強度、高韌性彈簧鋼及其生產工藝制造技術

一種高強度、高韌性彈簧鋼，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，及其它不可避免的雜質，剩余的為Ｆｅ。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于懸架汽車的圈式和板式彈簧鋼及其生產工藝，此種鋼具有優越的機械性能及優越的彈性性能。特別是本專利技術涉及一種高強度、高韌性彈簧鋼及其生產工藝，此工藝大大減少了為提高彈性性能而進行的熱處理過程中形成的脫碳層，使得疲勞性能及抗下陷性能(抗變形性)有所提高。最近，作為防止環境污染和大氣氣溫升高的一種措施，涉及燃燒比率地環境計劃正在全球范圍內進行。因此，汽車工業已經做出努力來降低汽車的重量。在降低汽車重量中，汽車懸架彈簧是一個重要因素。懸架彈簧具有相當大的重量，因此它已經成為關注的目標。如果懸架彈簧制得輕，此種彈簧必須具有高壓力容量(stresscapacity)，高壓力容量是通過疲勞強度及抗下陷能力的提高而獲得的。如果疲勞強度低，估計疲勞壽命就短，導致彈簧過早斷裂。如果抗下陷能力低，彈簧不能支撐車體，導致車體接觸減震器。因此，為了克服這些問題，應該提高彈簧的抗下陷能力。按照這種趨勢，一種加Si的與SAE6150(Cr-V)合金相比具有優越的抗下陷性的鋼引起了工業界的注意。其中，SAE9260(1.8—2.2％Si，SUP7)已經發展為一種優良材料。然而，它存在諸如由于表面脫碳，估計疲勞壽命縮短，為去除表面脫碳層所用費用高昂等問題。為了克服這些問題，開發了SAE9254，它的成份中Si含量減少以使在沒有非常惡化抗下陷性的情況下防止表面脫碳；它的成份中還加入了Cr來降低脫碳。然而考慮到目前強調的汽車輕量問題，SAE9254的抗下陷性是不能滿足要求的。于是，日本專利公告sho-57-27956，sho-57-169062和sho-57-13148提出了一種具有更優越的抗下陷性能的材料(SRS60)。這種材料是通過向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強度，但是它在提高脫碳及韌性方面沒有貢獻。同時，由于此工藝的發展和精度的提高，彈簧的壓力容量已經達到極限。因此剩下的工作便是發展一種具有優越的抗下陷能力、高塑性極限、高疲勞強度和高韌性(甚至在高壓力下)的高壓力容量彈簧材料。按懸架彈簧的情況，如果最大設計壓力從傳統的110kg/mm2提高到130kg/mm2，彈簧重量能降低25％。因此，如果要降低彈簧重量，將需要一種具有優越抗下陷性能的彈簧材料，在本文中，加入Si是必要的，但是這種情況下，在熱軋工藝及熱處理過程中將出現脫碳問題。進一步的問題是低韌性伴隨著高強度，這些問題必須首先解決。在日本專利公開號Hei-2-301514，Hei-1-31960，sho-63-216591，sho-63-153240，sho-58-67847和sho-58-27956中提出了防止脫碳的傳統技術。按照日本專利公開No.Hei-2-301514和sho-63-153240，Cr的成份增加到1.5—3.0％，或者加入鉛、硫和鈣。然而Cr成份增加降低了抗下陷性能。此外，日本專利公開(sho-62-274058)的一種相似合金，其Si含量仍不能使抗下陷性能達到最高水平。同時，專利sho-63-216591和sho-58-67847提出了降低碳含量，加入銅、鉬、錫、銻和砷。這種技術中，存在這樣的問題加入的元素太昂貴，且材料的韌性下降。日本專利公開Hei-1-31960和sho-58-27956提出降低Si含量。但是我們不能預期用降低Si含量的的方法來提高抗下陷性能。同時，日本專利公開(Hei-3-2354，Hei-1-184259和Sho-62-170460)提出了高壓力容量材料。在日本專利公開Hei-3-2354中，降低C成份以提高韌性，同時加入Mo和Al通過晶粒重新細化來提高抗下陷性能。然而，在日本專利公開Hei-3-2354情況中，通過Mo析出物的分散可獲得意想效果，然而Mo的析出溫度超過500℃，因此很難維持基體強度。通過加入Al可期望晶粒重新細化，但是氧化鋁系列的非金屬夾雜將形成，結果導致疲勞性能受到不利影響，使得此種技術不受歡迎。日本專利公開Hei-1-184259提出了通過加入Mn、Cr、V、Ni和Mo來獲得高強度的技術。然而，這種情況下，在Cr(1.0-3.5％)和Mo增加的過程中，在材料生產過程中生成低溫結構(貝氏體和馬氏體結構)的硬化因素大大提高。因此，在彈簧生產過程中，去除表面層的時候會遇到困難，基于這種結果必須加上軟化熱處理過程。日本專利公開(Sho-62-170460)提出通過加入Ca可降低非金屬夾雜物的形成，通過加入Ti使晶粒重新細化，從而提高抗下陷性。然而，這種情況，Ti的加入引起了Ti系列非金屬夾雜的形成，結果使疲勞性能惡化。同時，日本專利公開Hei-3-2354提出了一種提高韌性的技術。上述專利揭示了通過減少C，加入Ni來提高韌性的技術。但是，這種情況，C含量的降低引起屈服強度下降，導致抗下陷性能惡化。本專利技術人員研究了元素對韌性及脫碳的影響并發現下述事實通過加入Si可使抗下陷性能最大化，由于加入Si而引起的脫碳問題能夠通過加入Ni得到解決。此外，Ni的加入可有效地提高韌性，這樣，阻止脫碳和提高韌性可同時獲得。因此，本專利技術的一個目的是提供一種低脫碳高韌性彈簧鋼及其生產工藝，其中在沒有降低C含量的情況下，加入元素Si使抗下陷性能最大化，這樣，脫碳問題及韌性降低問題(由加入Si引起的)在彈簧鋼生產過程中均可解決。同時，本專利技術人員研究了影響強度與韌性的熱處理條件，發現下述事實如果奧氏體熱處理在830℃—870℃進行，并且如果油淬之后的回火是在320—420℃進行，那么能生產出強度、韌性合乎要求的彈簧鋼。因此，本專利技術的另一個目的是提供一種高強度高韌性的彈簧鋼及其生產工藝，其中適當調整熱處理條件，以致生產出高強、高韌性的彈簧鋼。通過參考附圖詳細描述本專利技術優選實施方案，上述目的及優越性將更加明顯，附圖中附圖說明圖1a所示為不同強度與回火溫度的關系曲線及斷面收縮率與延伸率與回火溫度的關系曲線。圖1b所示為硬度(維氏標準)及沖擊值與回火溫度的關系曲線圖2說明了抗下陷性能測量值圖3說明了動態抗下陷性能測量值圖4、圖5說明了室溫下靜態抗下陷性能測量值。本專利技術提供了一種低脫碳、高韌性彈簧鋼，其成份包括(重量％)C(碳)0.5—0.7％，Si(硅)1.0—3.5％，Mn(錳)0.3—1.5％，Cr(鉻)0.3—1.0％，V(釩)或Nb(鈮)0.05—0.5％，P少于0.02％，S少于0.02％，Ni 0.5—5.0％，剩余Fe和其他不可避免的雜質。本專利技術還提供了一種彈簧鋼的生產工藝，鋼的成份包括(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及其他不可避免的雜質。將此種彈簧鋼加熱至超過830℃使其奧氏體化，然后將其淬火，然后將此鋼置于320—420℃下回火，由此完成了高強度、高韌性彈簧鋼的生產。現在將討論限制元素在上述范圍的原因。限定C含量為0.50—0.70％的原因如下如果C含量少于0.50％，不能確保經淬火和回火后作為一種高應力容量彈簧鋼應具備的足夠的強度。如果C含量高于0.70％，不能確保伴隨高強度的韌性值，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔海昌，南元宗，崔鐘教，樸秀東，崔鐘勛，金章甲，
申請(專利權)人：浦項綜合制鐵株式會社，產業科學技術研究所，
類型：發明
國別省市：