[发明专利]一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法

说明书

本发明公开了一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法，一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢产品主要化学成分（按照重量百分比%）为：C：0.47‑0.52、Si：0.15‑0.35、Mn：0.95‑1.15、P：≤0.020、S：≤0.020、Cu：≤0.20、Cr：0.90‑1.10、Mo：≤0.30、Al：≤0.050、V：0.10‑0.25、Nb：≤0.040、Ti：≤0.035、N：≤0.015，其余为Fe。由上述组分可知，采用本发明生产的弹簧钢产品奥氏体晶粒度达到8.0级，冲击吸收能量KU₂不小于20J，抗拉强度不小于1800MPa，达到国外先进水平。该产品可以用于制造高设计应力、高疲劳寿命的弹簧零件。

技术领域

本发明属于一种弹簧钢冶金的技术领域，具体涉及一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法。

背景技术

弹簧在服役过程中主要承受周期性的弯曲、扭转、拉压、冲挤等多种应力作用，受力状况也非常复杂。此外，弹簧的工作环境比较恶劣，在露天、潮湿地区还要经受腐蚀。因此，弹簧钢的性能要求较多，不仅要求淬透性高、脱碳敏感性低，还要求优良的综合力学性能，包括较高的抗疲劳性能、抗弹性减退性能、耐延迟断裂性能等。

近年来，为了节约油耗、降低碳排放，汽车减量化技术发展迅速。为了保证汽车安全、舒适运行，设计者对弹簧材料提出了更高的性能要求。因此，高强度弹簧钢材料的研究越来越得到重视。当前高强度弹簧钢的发展趋势已比较清晰，主要有两个方面，一是在成分设计方面，添加Nb、V等微合金化元素。二是在现有钢种成分基本不变的基础上，改进加工方法和热处理工艺。日本在这方面研究开展的较早，1983年，日本神户制钢研究了Si、Cr、Mo、V对性能的影响，同时考虑淬透性、脱碳敏感性要求，在SUP7基础上最终开发出SRS60高强度弹簧钢，该钢种抗拉强度可达1960MPa，晶粒度为7.0级；二十世纪九十年代初，日本大同特殊钢公司在常用的4340型高强度钢基础上系统的研究了C、Si、Ni、Mo、V等元素对弹簧钢基本性能的影响，开发出一种新型弹簧钢RK360。为了保证韧性，碳含量控制在0.4%左右并添加了Ni和Mo。此外，加V细化晶粒改善抗弹性减退。该钢种抗拉强度可达2000MPa。2002年，公开报道显示，日本工作者在NDS250高强度弹簧钢基础上开发出NDS120钢，该钢种添加了Nb、B、Ni元素，添加Nb为了实现细晶强化，晶粒度达到8.0级；添加B为了改善晶界强度，提高延迟断裂强度；添加Ni为了防止腐蚀，提高腐蚀疲劳强度。新开发的钢种淬火后在570℃左右回火时，硬度达到55HRC，抗拉强度为1950MPa，应用该钢种制造弹簧比传统的SUP7钢减重20%。在中国，受高速铁路技术发展的驱动，在2004年先后开发了D701、TTA、40T、44T等一系列高强度弹簧钢，这些弹簧钢的成分设计均采用了降C增V的合金化思路，其抗拉强度均可达到1950 MPa，晶粒度为7.0级。然而，由于弹簧是连接列车车体和转向架的关键部件，直接影响车辆的运行安全和舒适性，因此，这些新钢种的开发均未得到推广应用。

上述研究证实，采用铌微合金化结合控制轧制技术可有效提高钢的强度及韧性，然而，研究结果均应用在小规格线材产品方面，对大规格弹簧钢研究的公开报道还很少，导致工业应用也比较缺乏。

发明内容

本发明的目的在于：

本发明通过微合金化技术及控制轧制与控制冷却技术提出了一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法，主要适用于直径不小于Φ40mm圆棒及厚度不小于25mm扁钢等高强韧性弹簧钢产品的生产加工。通过对比，产品相关技术指标均达到国外先进水平。

以科学合理的化学成分设计为基础，结合控制轧制与控制冷却技术得到一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法，主要适用于直径不小于Φ80mm圆棒及厚度不小于25mm扁钢等高强韧性弹簧钢产品的生产加工。产品主要技术指标为：

1.奥氏体晶粒度不粗于8.0级；

2.冲击吸收能量KU2不小于20J；