[发明专利]一种高强高韧性弹簧钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢种及其制造方法，尤其涉及一种弹簧钢及其制造方法。

背景技术

作为重要的减振和功能部件，弹簧被广泛地应用于社会生产和日常生活领域。随着科技的进步和制造水平的日益提高，各行各业对弹簧性能提出了更高的要求，从而推动弹簧钢材料向着更高的强度不断发展。

汽车制造业一直是弹簧钢用量最大的行业，例如，在日本，汽车、摩托车所用的弹簧钢占其国内弹簧钢生产总量的64.9%，每年需求量超过10万吨。悬架弹簧是汽车底盘减振系统中的重要功能性零部件，主要作用是吸收汽车运行中的振动以保证乘员的舒适性；同时，它还有维持轮胎与地面贴合、保证车辆操纵性的功能。目前，多数轿车的减振系统采用螺旋悬架弹簧与减振器相组合的形式。在汽车行驶过程中，螺旋悬架弹簧需要承受高频往复压缩运动，因此，其质量的好坏直接影响到车辆的平稳性和安全性。气门弹簧则应用于汽车发动机上的关键零部件，其作用是控制发动机的进气和排气，它的服役条件非常苛刻，其可靠性及使用寿命是影响汽车的安全性、发动机寿命和工作性能的重要因素。

自上世纪80年代以来，节能、环保和安全性已成为汽车设计的首要考虑的三大因素，受此影响，悬架弹簧和气门弹簧的发展趋势总体上朝着轻量化、高应力且高可靠度的方向发展。弹簧的设计应力提高20%，而其重量可减少约25%，从而降低车辆行驶所需的油耗，达到节能减排的目的，但是，弹簧仍需保持良好的塑韧性，较高的抗弹减性和较好的抗疲劳寿命。

现有用于车辆弹簧生产的Cr-V系，Cr-Mn系和Si-Mn系的钢材料无法满足高强度弹簧的生产需求，另外，强度更高、屈强比更好的Si-Cr系弹簧钢，例如55SiCr和55SiCrV钢材，所要求的强度也已达到其自身材料的极限，即使通过降低回火温度等手段来勉强提高钢材的强度，也会由于材料缺口敏感性过大而无法使用。

公开号为CN1974825A，公开日为2007年6月6日，名称为“具有优异卷绕性和耐氢脆性的高强度弹簧钢丝”的中国专利文献公开了一种用于制成弹簧钢丝的钢材料，其化学成分的质量百分含量为：0.4～0.6%C，1.7～2.5%Si，0.1～0.4Mn，0.5～2.0%Cr，0～0.006%N，0.021～0.07%Al，还包括0～1.0%的Ni，0～1.0%的Cu，0～0.1%的Ti，0～0.2%的V，0～0.1%的Nb，0～1.0%的Mo中的一种或多种。该技术方案采用高碳+高硅+低锰合金设计路线，主要通过控制残余奥氏体量和尺寸形状来增强钢材的耐氢脆性，其添加合金量大，生产成本高。

公开号为CN1958828A，公开日为2007年5月9日，名称为“具有优异耐氢脆性的弹簧钢以及由该钢获得的钢丝和弹簧”的中国专利文献公开了一种弹簧钢，该钢材中的各化学元素的质量百分含量配比为：0.35～0.65%C，1.5～2.5%Si，0.05～1.0%Mn，0.05～1.9%Cr，0.025～0.1%Ti，0～0.05%Al，0～0.01%N，此外，还可以添加0～0.7wt.%的Cu，0～0.8wt.%的Ni。该弹簧钢中的钛、氮含量较高。

公开号为CN1590575A，公开日为2005年3月9日，名称为“汽车用高使用应力弹簧钢”的中国专利文献公开了一种弹簧钢，其各化学元素的质量百分含量为：0.30～0.50%C，0.80～2.0%Si，0.50～1.0%Mn，0.40～1.0%Cr，0.01～0.5%W，0.08～0.30%V，0.005～0.25%的稀土元素，还含有0.001～0.10%的B。该弹簧钢经淬火+回火调质处理后的钢材强度有所提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧性弹簧钢，该弹簧钢具有2000Mpa以上的强度，同时还具有良好的塑韧性、抗弹减性及抗疲劳性能，此外该弹簧钢还具备一定的抗大气腐蚀能力，另外该弹簧钢的制造成本低廉。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高强高韧性弹簧钢，其化学元素质量百分配比为：

C：0.34-0.49%，

Si：1.00-2.80%，

Mn：0.60-1.50%，

Cr：0.50-2.0%，

Ni：0.1-0.5%，

Mo：0.05-0.5%，

V：0.05-0.20%，

Al：0.015-0.035%，

N：0.0035-0.0065%，

RE：0.0005-0.01%，

Ca：0.0005-0.005%，

O：0.0005-0.0080%；