[发明专利]高韧性高强度弹簧钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀性能优异的高强度弹簧钢，特别涉及在抗拉强度达到1920MPa以上时材料的塑性和韧性尚能达到很高水平且具有较强抗氢脆特性而使弹簧的腐蚀疲劳寿命得以提高的适合于车辆用的高强度弹簧钢。

背景技术

弹簧钢广泛应用于铁路、汽车、工程机械等机械制造之中。而汽车制造和铁路车辆是弹簧钢材的最大用户。由于弹簧类零部件的工作条件十分恶劣，对弹簧钢的要求必然极为严格。

近年来，随着全球气候变暖等环境问题的突出，为限制能源消耗和减少二氧化碳的排放，汽车车体的轻量化已成为汽车业界的重要课题。作为实现车体轻量化的途径，必然会要求支撑车体的悬架用弹簧钢材的高强度化。

但是在汽车悬架用螺旋弹簧已经实施高应力设计的同时，再进一步提高钢材的强度指标已受到很大限制。因为现有商用弹簧钢在抗拉强度超过1800MPa时，材料塑性指标，即拉伸试验的断面收缩率Z（%）和断后伸长率A（%）都有较大的下降。（按现有标准油淬火回火弹簧钢丝Φ10.0mm以上的其断面收缩率只能达到30%，Φ14.0mm以上的则无规定）。所以当抗拉强度超过1800MPa时，往往因其延伸性能不足造成卷绕性能的降低，即经常发生卷制时的断裂。且在这种高强度状态由于对表面缺陷极度敏感，使材料疲劳强度不升反降。再有这种高强度钢容易在腐蚀性气体环境下出现氢脆而突然断裂。对于弹簧在腐蚀性气氛中工作的情况。（例如在道路上经常采用融雪剂的寒冷地区）由于材料的耐氢脆性能差，往往会因为腐蚀疲劳而导致弹簧的早期断裂失效。

针对以上情况，为了确保螺旋弹簧在腐蚀环境下的耐久性，提出了各种技术方案，作为提高材料耐腐蚀性及耐氢脆性的方法，添加Ni、Cr、Mo、V、Cu等昂贵的金属元素。其实降低钢中的碳含量是有利于钢的耐腐蚀性的因素。但是对于弹簧钢这样要求高强度的钢种。为了确保材料的抗松弛性能，碳元素的降低必有一定的限度。

发明内容

本发明针对上述技术问题，其目的是提供一种抗拉强度达到1920MPa以上但其塑性指标比目前商用钢高很多且有较高的低温冲击韧性的高韧性高强度弹簧钢。

为达到上述目的，本发明的高韧性高强度弹簧钢，其特征是：其化学成分重量百分比为：C0.35～0.50%、Si1.50～2.50%、Mn0.35～1.00%、P≤0.025%、S≤0.015%、Cr0.50～1.20%、Ni0.15～0.50%、Cu0.10～0.30%、V0.04～0.10%、Ti0.03～0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质，各成分的百分比之和为100%。

作为优选技术手段：所述不可避免的杂质中包含以下含量的气体：O≤12ppm，H≤1.5ppm，N≤60ppm。

作为优选技术手段：所述不可避免的杂质中包含非金属夹杂物硫化物、氧化铝、硅酸盐、球状氧化物，它们的级别分别为硫化物粗系≤1.0级、硫化物细系≤1.5级、氧化铝粗系≤1.0级、氧化铝细系≤1.5级、硅酸盐粗系≤0.5级、硅酸盐细系≤0.5级、球状氧化物粗系≤0.5级、球状氧化物细系≤1.5级。

作为优选技术手段：该材料热处理后的晶粒度≥8.0级，抗拉强度1920MPa，断面收缩率Z≥40%，断后伸长率≥10%。

作为优选技术手段：该材料用热卷或冷卷制成螺旋压缩弹簧经淬火回火热处理后通过喷丸强化和强压处理，制造最大设计剪应力≥1180MPa的汽车悬架螺旋弹簧。

作为优选技术手段：所述的化学成分V与Ti以碳化物或氮化物的形式存在。

本发明的有益效果是：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Z≥40%，断后伸长率≥10%，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

本发明的高韧性高强度弹簧钢，其化学成分重量百分比为：C0.35～0.50%、Si1.50～2.50%、Mn0.35～1.00%、P≤0.025%、S≤0.015%、Cr0.50～1.20%、Ni0.15～0.50%、Cu0.10～0.30%、V0.04～0.10%、Ti0.03～0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质，各成分的百分比之和为100%。