[发明专利]超高强度弹簧钢

说明书

本发明提供一种钢组合物，其包括大约0.5‑0.7wt％的碳；大约1.3‑2.3wt％的硅；大约0.6‑1.2wt％的锰；大约0.6‑1.2wt％的铬；大约0.1‑0.5wt％的钼；大约0.05‑0.8wt％的镍；大约0.05‑0.5wt％的钒；大约0.05‑0.5wt％的铌；大约0.05‑0.3wt％的钛；大约0.01‑3wt％的钴；大约0.001‑0.2wt％的锆；大约0.01‑1.5wt％的钇；大约0.3wt％或更低但高于0wt％的铜；大约0.3wt％或更低但高于0wt％的铝；大约0.03wt％或更低但高于0wt％的氮；大约0.003wt％或更低但高于0wt％的氧。另外，基于总重还包含组成余量的铁。

技术领域

本发明涉及一种构成超高强度钢的钢组合物。用于超高强度钢的钢组合物具有改善的拉伸强度和疲劳强度，所述超高强度钢适合用作车辆的发动机气门弹簧。

背景技术

随着化石燃料储量的下降以及油价的突然升高和变动，改进车辆燃料效率的研究正在进行。对于燃料效率改进，重要的是使车身重量减轻的设计以及通过减少系统连接处的摩擦使能量损失最小化。此外，通过改善发动机自身排气控制时的动力特性使得输出效率最大化有助于燃料效率。就改善燃料效率而言，已经进行了通过降低发动机缸盖的动力组件的重量以减少动荷载的研究。

在动力组件之中，由于车辆的发动机气门弹簧直接控制动荷载，发动机气门弹簧是当车辆重量降低时有助于燃料效率的部件。通常，气门弹簧主要由拉伸强度为1900MPa的硅化铬(CrSi)钢或者拉伸强度为2100MPa的硅化铬钒(CrSiV)钢制备。近来，已经尝试通过向CrSiV钢中加入合金元素，以使用于发动机气门弹簧的钢的拉伸强度增加至2550MPa的水平。

发明内容

本发明提供了一种钢组合物，特别是一种用于超高强度弹簧钢的钢组合物。因此，通过优化钼(Mo)、镍(Ni)、钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)、钴(Co)、锆(Zr)和钇(Y)的含量，可以大大改进拉伸强度，且通过调节其中形成的夹杂物可以改进疲劳强度。

在一方面，本发明提供一种钢组合物。该钢组合物可以用在适用于车辆发动机中的气门弹簧钢的超高强度弹簧钢中。钢组合物可以包括：含量为大约0.5-0.7wt％的碳(C)；含量为大约1.3-2.3wt％的硅(Si)；含量为大约0.6-1.2wt％的锰(Mn)；含量为大约0.6-1.2wt％的铬(Cr)；含量为大约0.1-0.5wt％的钼(Mo)；含量为大约0.05-0.8wt％的镍(Ni)；含量为大约0.05-0.5wt％的钒(V)；含量为大约0.05-0.5wt％的铌(Nb)；含量为大约0.05-0.3wt％的钛(Ti)；含量为大约0.01-3wt％的钴(Co)；含量为大约0.001-0.2wt％的锆(Zr)；含量为大约0.01-1.5wt％的钇(Y)；含量为大约0.3wt％或更低但高于0wt％的铜(Cu)；含量为大约0.3wt％或更低但高于0wt％的铝(Al)；含量为大约0.03wt％或更低但高于0wt％的氮(N)；含量为大约0.003wt％或更低但高于0wt％的氧(O)；以及组成钢组合物的余量的铁(Fe)。本文呈现的所有wt％均基于钢组合物的总重而言。

优选地，弹簧钢可具有大约3000MPa或更高的拉伸强度。优选地，弹簧钢可具有大约1200MPa或更高的疲劳强度。优选地，弹簧钢可具有大约2500MPa或更高的屈服强度。优选地，弹簧钢可具有大约750HV或更高的硬度。优选地，弹簧钢可以包括尺寸为大约15μm或更低的夹杂物。

具体而言，大约10％或更少份数的夹杂物具有大约10-15μm的尺寸，大约90％或更高份数的夹杂物具有大约10μm的尺寸。