[发明专利]一种新型高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢及其钢丝制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金弹簧钢，具体地为一种高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢及其钢丝，以及它们的制备方法。所述合金弹簧钢主要用于制造高端汽车用油淬火-回火气门弹簧钢丝或悬架弹簧钢丝等，属于金属制品新材料领域。

背景技术

近年来，我国汽车工业飞速发展，2009年汽车产销量均已突破1360万辆大关，超过美国，排名全球第一，每年汽车用油淬火回火合金弹簧钢超过15万吨，所选用的钢号基本是60Si2MnA、55SiCrA、50CrVA、67CrVA等牌号。

但是，由于我国用于制造油淬火回火弹簧钢丝的弹簧钢化学成分设计不尽合理及其纯净度较差，有较大的颗粒夹杂物的存在，钢中经常出现大于15μm的B类和D类不变形硬质夹杂，因此弹簧疲劳寿命大大降低，满足不了高端汽车疲劳寿命要求，所以国产高端汽车用油淬火回火弹簧钢丝是基本采用从瑞典、日本进口弹簧钢丝，而国产弹簧钢丝基本用于制造中低档国产汽车弹簧上。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明设计了一种新型高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢，并从冶炼工艺、盘条生产、钢丝制造等方面进行了创新，从而达到高端汽车弹簧用钢丝技术条件，以满足用户要求，代替进口，实现汽车配件国产化要求。

本发明的目的是提供一种高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢，其包括如下质量百分比的化学成分：C 0.56％～0.64％、Si 0.80％～1.10％、Mn 0.80％～1.20％、P≤0.035％、S≤0.03％、Cr 0.80％～1.20％、Mo0.60％～1.00％、V 0.20％～0.30％、Nb 0.05％～0.12％、N 0.01％～0.06％、RE 0.02％～0.07％，余量为Fe，还可能含有少量不可避免的杂质。所述合金弹簧钢的钢号为60SiCrMoVNbNRE。

优选地，所述合金弹簧钢包括如下质量百分比的化学成分：C0.58％～0.62％、Si 0.90％～1.10％、Mn 0.90％～1.10％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr 0.90％～1.20％、Mo 0.80％～1.00％、V 0.20％～0.26％、Nb 0.06％～0.11％、N 0.02％～0.05％、RE 0.03％～0.06％，余量为Fe。

其中，[Nb+V]/[N]的质量比为8～10；

[RE]/[S]的质量比为3～4。

本发明的再一个目的是提供所述高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢的制备方法，其包括如下步骤：

铁水预处理——转炉——炉外精炼——连铸——火焰清理——探伤——扒皮——加热——连轧控冷φ5.5～20mm盘条——收线。

其中，低端汽车弹簧钢的生产工艺流程中不包括探伤和扒皮的步骤。

高端汽车弹簧钢的生产工艺流程的具体步骤如下：

1)采用常规方法进行铁水预处理，以达到脱磷、脱硅、脱硫的目的，然后进入转炉炼钢；

2)转炉炼钢采用铁水、废钢和造渣剂，所述造渣剂优选氧化钙或萤石，转炉炼钢的作用主要是除碳及调整钢水温度，当钢水中碳的含量达到1.00～1.10％、温度达到1550℃～1570℃时，转入精炼炉，优选以VAD进行精炼；

3)采用铁皮分别包裹各种铁合金粉末，在炉外精炼氧化期加入Mo-Fe合金进行合金化；在炉外精炼还原期，当钢水温度达到1550℃～1590℃时，先采用Mn-Si铁合金进行预脱氧，再采用Si-Ca粉进行终脱氧，然后加入铬铁合金、钒铁合金和铌铁合金，在还原期向钢中吹氮气以增加N量，使V、Nb、N达到所述合金弹簧钢的化学成分组成要求，同时控制[Nb+V]/[N]之比为8～10；最后向钢中加入RE合金进行合金化，RE的加入量视钢中[S]含量而定，控制[RE]/[S]之比为3～4，使最终钢的[RE]含量达到0.02％～0.07％；当钢中各种化学成分达到规定值时，钢水温度达1590℃～1600℃出钢入钢包；

4)连铸，优选连铸为大方坯，例如300mm×400mm方坯，然后进行火焰清理表面；并进行探伤及扒皮，清除表面缺陷；

5)初轧钢坯加热温度为1230～1270℃，连轧控冷温度为980～1020℃，终轧温度为940～960℃；

6)盘条生产总延伸系数为10，道次延伸系数为1.1～1.15，最后轧成φ5.5mm～20mm盘条。

本发明的另一个目的是提供所述高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢的钢丝的制备方法，以φ5.5mm盘条制备φ2.0mm钢丝为例，包括如下步骤：