[发明专利]一种改进的55Si2Mn合金钢

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种改进的55Si2Mn合金钢。 

 

背景技术

55Si2Mn合金弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高。55Si2Mn钢属于硅锰系合金弹簧钢，是在优质中碳钢的基础上提高硅、锰含量而成。硅的作用是提高钢的硬度、强度、屈强比和疲劳性能，同时增加钢的回火稳定性。锰的作用在于提高钢的淬透性和耐磨性。由于具有良好的综合力学性能和低廉的价格，55Si2Mn钢得到了广泛的应用，在我国弹簧钢生产中的应用比例接近60％。55Si2Mn合金弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷。55Si2Mn弹簧钢的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、板簧也适于制作工作温度在250℃以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。具体常用作汽车、拖拉机和机车上的减振板簧和螺旋弹簧、气缸安全阀簧，还可用作250℃以下使用的耐热弹簧。

常规的55Si2Mn合金弹簧钢的化学成份为：碳 C ：0.52～0.6；硅 Si：1.50～2.00；锰 Mn：0.60～0.90；铬 Cr：≤0.35；镍 Ni：≤0.35；硫 S ：≤0.035；磷 P ：≤0.035；铜 Cu：≤0.25。现有的热处理方式为：高温淬火+低温回火。常规晶相组织为回火屈氏体。55Si2Mn合金钢硅和锰提高弹性强度和屈强比，提高淬透性，抗回火稳定性和抗松弛稳定性，过热敏感性也较小，但脱碳倾向较大，尤其是硅与碳含量较高时，碳易于石墨化，使钢变脆。而传统的热处理工艺不能兼顾高强度与良好塑韧性的要求：若降低回火温度较低，则塑性较差、易发生低应力脆断；若提高回火温度可改善塑性，但强度大幅下降。因此，传统的热处理制度虽然可以保证该类合金能够满足普通使用环境的服役条件，但塑性、韧性欠佳或强韧性匹配不足、氢脆与应力腐蚀敏感性大等缺点，却限制了该类合金钢强韧性潜力的发挥。尤其是近年来汽车轻量化和高性能化的快速发展，迫切要求提高弹簧钢的设计应力。 

 

发明内容

本发明是要解决现有55Si2Mn的在满足强度的同时塑韧性不足的问题，提供了一种改进的55Si2Mn合金钢。 

本发明的55Si2Mn合金钢是通过以下步骤实现的：

一种改进的55Si2Mn合金钢，其特征在于：其包括以下重量份的组分

碳 C ：0.53～0.57；硅 Si：1.60～1.80；锰 Mn：0.70～0.90；铬 Cr：0.90～1.10；钛 Ti：0.10～0.12；稀土：0.20；

并且，其按照以下步骤制备得到：

1）按照铸件成品的组分重量比配置原料：

2）选取在0.75 t中频无芯感应电炉中熔炼，先熔炼碳素钢，铬铁随料装入，炉料熔清后，炉温达到1580～1600℃加入硅铁、锰铁，料块应尽量小些，以50～60mm左右为宜；用铝脱氧后出炉；

3）稀土合金、硼铁破碎至10mm以下小颗粒，钛铁破碎至5 mm以下小颗粒，采用包内冲入法进行复核变质处理；

4）将步骤3）得到的55Si2Mn钢铸件加热至850-860℃，进行奥氏体化处理，保温时间为8-9.5分钟；

5）然后在55Si2Mn钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，淬火温度为210-220℃，保温时间为1-1.5分钟；

6）将经步骤5）处理后的55Si2Mn钢在400-420℃的配分温度下等温配分热处理6-7分钟；

7）将步骤6）得到的钢件淬火至室温。

本发明选取的组分及相应作用如下：

碳(C) :与铸钢性能的关系非常密切,在其它合金元素固定的情况下,改变碳含量,其组织和性能会发生根本性的变化。

硅(Si) :能增强钢的抗拉强度、屈服强度、但含量过高时,降低钢的塑性和韧性。

锰(Mn) :增加钢的淬透性,强化基体,还能起到脱氧和脱硫的作用,但Mn 又是过热敏感性元素,过量时增大回火脆性。

铬(Cr) :固溶强化、提高钢的淬透性。

钛( Ti) :细化晶粒,与硼、稀土等元素配合使用,可提高材料的硬度和耐磨性。

稀土 :可细化铸态组织,改善碳化物和夹杂物的形态及分布,纯净钢液,脱氧去气,提高钢的韧性。