[发明专利]一种抗疲劳性能和抗弹减性能优良的弹簧钢及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹簧钢及其生产方法领域，特别适用于汽车用弹簧钢及其生产方法，更确切地为汽车用悬架弹簧钢及其生产方法。

背景技术

随着能源的紧张和碳排放要求越来越严格的发展形势，对汽车轻量化提出了更高的需求，汽车悬架弹簧重量的减重也是其措施之一。然而，对于汽车悬架弹簧重量减轻的最有效方法，则是提高弹簧的设计应力。众所周知，弹簧的重量与设计应力的平方成反比。因此，为了适应汽车轻量化的需求，则必须从提高悬架弹簧的设计应力出发，而影响提高弹簧设计应力的主要因素是弹簧的抗疲劳性能和抗弹减性能。

目前，在本技术领域人们为解决此问题，已经将其设计应力提高到了1100～1300MPa，并已逐步得到应用。

在提高弹簧钢的设计应力的同时，会存在例如，随着应力的提高，其延迟断裂几率大幅增加，同时弹减性也增大，导致弹簧高度下降，进而降低汽车保险杠的高度，这样容易造成安全问题。

通常人们认为，弹簧钢中硅元素能有效提高弹簧的抗弹减性能，但是硅含量超过2.0%后，其又会使钢的韧性恶化，影响疲劳性能；同时，弹簧钢中过高的硅含量还会在加热时产生脱碳敏感现象，致热处理后弹簧表面不能达到设计的强度。因此，具有高疲劳性能和抗弹减性能的弹簧钢的成分设计和工艺控制是困扰当前弹簧钢向高应力发展的主要阻力。如经检索的：

日本神户制钢所公开了一种由0.5～0.7%C，1.0～1.8%Si，0.1～1.0%Mn，＜0.7%Cr，0.03～0.5%V，以及每种含量0.02～0.1%Al、Zr、Nb及Ti中至少一种组成的弹簧钢丝，用来制造汽车悬架弹簧。该文献的钢虽抗弹减性能优良，但其淬透性较低，且含有Al或Ti，易在钢中形成影响疲劳性能的夹杂物，因此，抗疲劳性能较差。

中国专利公开号为CN 1091165的文献，其公开了一种用于汽车悬挂螺旋弹簧及类似产品的悬挂弹簧钢。其成分配比（重量百分比%）为：C0.10～0.70，Si0.80～1.70，Mn0.50～1.00，Cr 0.50～0.80，W0.01～0.50，稀土元素0.005～0.25。该发明的关键在于通过加入微量的稀土元素和W，使弹簧钢的抗弹减性、抗脱碳性、疲劳性能以及弹簧的设计应力大为提高，但其仅适用应力小于1100MPa的悬架弹簧。应力级别较低。

中国专利公开号为CN 101671792的文献，公开了一种弹簧钢，其成分配比（重量百分比%）为：C0.56～0.64，Si1.60～2.00，Mn0.60～0.90，Ti0.00～0.015，S0.0055～0.03，Als0.01～0.02，余量为Fe 及不可避免杂质。该发明还提供了上述弹簧钢的制备方法，该方法包括将弹簧钢原料依次经过初炼、精炼、冷却成型、轧制、淬火和回火。其虽得到的弹簧钢抗疲劳性好，生产方法简单，降低了成本，但其采用Al脱氧，不利于夹杂物改性。

发明内容

本发明在于克服现有悬挂弹簧存在的高疲劳性能和抗弹减性能的不足，提供一种能在保证弹簧强度在1700~2000MPa的前提下，还能使延伸率A≥12%，断面收缩率Z≥40%的抗疲劳性能和抗弹减性能优良的弹簧钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种抗疲劳性能和抗弹减性能优良的弹簧钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.45～0.55％、Si：1.40～1.60％、Mn：1.05～1.30％、P：≤0.015％、S：≤0.008％、Cr：0.60～0.80％、V：0.15～0.25％、Nb：0.10～0.20%、Mo：0.10～0.30%，其余为铁和不可避免的夹杂；其延伸率A≥12%，断面收缩率Z≥40%。

优选地：C的重量百分比含量为0.45～0.52％。

优选地：Mn的重量百分比含量为1.10～1.27％。

优选地：Nb的重量百分比含量为0.15～0.20%。

优选地：Mo的重量百分比含量为0.15～0.26%。

生产一种抗疲劳性能和抗弹减性能优良的弹簧钢的方法，其步骤：

1）常规转炉冶炼，并控制出钢温度在1640-1680℃，终点钢水中：C≥0.08%，P≤0.010%；2）出钢并进行脱氧及合金化：在出钢到三分之一时一次性依次加入高纯硅铁、金属锰及低碳铬铁；高纯硅铁按照21~28Kg/吨钢加入，金属锰按照16~25Kg/吨钢加入，低碳铬铁按照8~16 Kg/吨钢加入；