CN114875326A - 一种弹簧扁钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼具高强度和低硬度的弹簧扁钢的生产方法。钢的化学成分重量百分比为C=0.35%～0.40%、Si=1.0%~1.3%、Mn=0.2%~0.4%、Cr=0.50%～0.90%、Ni=0.20%～0.60%、V=0.10%~0.30%、Nb=0.010%～0.050%、Al=0.010%～0.050%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cu≤0.20%，O≤0.0020%，N=0.0090%~0.0200%，其余为Fe和不可避免的杂质。生产工艺包括冶炼、连铸、轧制+冷床缓冷、淬火+回火等步骤。应用以上成分及工艺，获得弹簧扁钢的组织为回火屈氏体，其抗拉强度>1500MPa、屈服强度>1350MPa、硬度为40HRC~44HRC。

Description

一种弹簧扁钢的生产方法

技术领域

本发明属于钢铁生产技术领域，涉及一种兼具高强度和低硬度的弹簧扁钢的生产方法。

背景技术

随着汽车排放标准的不断升级，轻量化已成为汽车发展的必然趋势。钢板弹簧，简称板簧，是车辆悬架系统的重要组成部分，兼具减震和导向的作用。由于其结构简单，制造容易，板簧在载货汽车中得到了广泛的应用。板簧重量占汽车整车重量的9%左右，减轻板簧重量是实现汽车轻量化的一个有效手段。而提高制造板簧的弹簧扁钢的强度可显著降低板簧的重量，这是因为板簧的重量与其设计应力的平方成反比。

但在应用高强度弹簧扁钢制造板簧时存在如下问题：高强度的弹簧扁钢经淬火+中温回火处理后其显微组织为回火屈氏体，其硬度通常都很高，导致下料和加工中心孔、端孔时设备磨损比较大，增加了板簧生产企业的加工成本。开发兼具高强度和低硬度的弹簧钢是解决上述问题的有效途径。

CN114134431A公开了“一种方坯连铸连轧2000Mpa级高强高韧高淬透性弹簧钢及其制造方法”，钢的化学成分按重量百分比为C：0.38~0.45%、Si：1.60~2.20%、Mn：0.10~0.75%、P≤0.10%、S≤0.002%、Cr：1.80~2.30%、Ni：1.60~2.40%、Mo：0.4~0.7%、Cu：0.2~0.5%、Al：0.01~0.04%、V：0.10~0.30%、Nb:0.010~0.030%、N≤0.006%、Ca：0.0005~0.005%，且Ca/S≥1，其余为Fe和不可避免的杂质。该弹簧钢进行淬火+回火处理后的抗拉强度≥2000MPa，屈服强度≥1750MPa，硬度为540HBW~570HBW (转换为52HRC~54HRC)。

CN110760656A公开了“一种生产高强度SiCrV弹簧钢的热处理方法”，钢的化学成分按重量百分比为C：0.56~0.64%、Si：1.40~1.80%、Mn：0.40~0.70%、Cr：0.90~1.20%、V：0.10~0.20%、其余为Fe和不可避免的杂质。该弹簧钢进行淬火+回火处理后的抗拉强度≥1900MPa，屈服强度≥1700MPa，硬度为61.5HRC~63.1HRC。

CN110257701A公开了“一种弹簧钢材料及采用该材料生产的汽车空气悬架导向臂”，钢的化学成分按重量百分比为C：0.50~0.55%、Si：0.80~1.00%、Mn：1.00~1.20%、Cr：1.00~1.20%、V：0.05~0.15%、Mo：0.02~0.05%、Nb：0.01~0.02%、Ti：0.008~0.018%，Als：0.012~0.035%、N：0.0020~0.0080%、P≤0.025%，S≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。该弹簧钢经830℃淬火+480℃回火处理后的抗拉强度为1528MPa，屈服强度为1355MPa，硬度为46.5HRC。

上述专利中，为了保证弹簧钢具有较高的抗拉强度和屈服强度，通常含有较高含量的C(>0.5%)、Mn(>1%)、Cr(>1%)中的一种或几种，导致弹簧钢经淬火+回火后硬度也较高(硬度≥45 HRC)，导致了板簧生产厂家的加工工具损耗较大，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具高强度和低硬度的弹簧扁钢及其制备方法，所生产的弹簧钢抗拉强度达到1500MPa以上，屈服强度达到1350MPa以上，淬火+回火热处理后的硬度为40HRC~44HRC。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种弹簧扁钢的生产方法，钢的化学成分重量百分比为C=0.35%～0.40%、Si=1.0%~1.3%、Mn=0.2%~0.4%、Cr=0.50%～0.90%、Ni=0.20%～0.60%、V=0.10%~0.30%、Nb=0.010%～0.050%、Al=0.010%～0.050%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cu≤0.20%，O≤0.0020%，N=0.0090%~0.0200%，其余为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：

（1）冶炼：采取双渣保碳冶炼，控制终点C=0.10%~0.20%；精炼采用高碱度造渣脱氧工艺，前期一次性将Al调整到位；

（2）连铸：将冶炼后的钢水进行连铸制得铸坯；连铸时采用弱冷，比水量为0.16L/kg，配合电磁搅拌与末端轻压下，连铸坯入垛堆冷24h；

（3）轧制：将连铸坯热轧成弹簧扁钢，热轧加热温度为850~950℃，终轧温度800～850℃；加热炉内残氧量＜2%，微正压还原性气氛；热轧后立即将弹簧扁钢送至冷床缓冷，缓冷保温时间为6h；

（4）热处理：对弹簧扁钢进行淬火+回火的热处理，淬火温度为840~880℃，保温60min后油冷至室温；再对淬火后的扁钢进行回火，回火温度为410~450℃，保温120min后水冷至室温。

发明原理：

通过降低钢中的C含量、Mn含量和Cr含量获得低硬度的产品，而由此造成的强度损失可通过添加一定量的Si，以及V、Nb和N的复合添加来弥补。该钢中各化学元素的设计原理为：

C：C是显著提高弹簧钢强度和硬度的元素，为了获得低硬度的弹簧扁钢，将C含量控制在0.35%~0.40%。

Mn：Mn可强烈提高钢的淬透性，但为了保证弹簧扁钢具有较低的硬度，将其含量控制在0.2~0.4%。

Cr：Cr是碳化物形成元素，可有效降低弹簧钢的脱碳层深度。为了保证弹簧钢具有低硬度和低脱碳敏感性，将Cr含量设计为0.50～0.90%。

Si：Si在钢中以固溶形式存在，可显著提高弹簧钢的屈服强度，为了弥补C、Mn和Cr含量降低造成的强度损失，将Si含量设计为1.0~1.3%。

V和Nb是强碳氮化物形成元素，可形成细小的第二相，在小幅增加硬度的同时可显著提高钢的强度。为了充分发挥V和Nb的作用，在钢中加入了较高含量的N，V含量设计为0.10~0.30%，Nb含量设计为0.010～0.050%，N含量设计为0.0090~0.0200%。

Ni：Ni可以提高钢的塑性、韧性、淬透性，但Ni的成本较高，因此将Ni含量控制在0.20～0.60%。

对于P、S、Al、Cu、O等残余元素，本发明均进行了严格限制。

本发明的有益效果：通过合理的成分设计和热处理工艺优化，可获得兼具高强度和低硬度的弹簧扁钢，该弹簧扁钢经冶炼、连铸、轧制、热处理后的微观组织为回火屈氏体，其抗拉强度>1500MPa、屈服强度>1350MPa、硬度为40HRC~44HRC，可满足汽车工业对相关产品的需求。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的弹簧扁钢的微观组织。

图2为本发明实施例2制备的弹簧扁钢的微观组织。

图3为本发明实施例3制备的弹簧扁钢的微观组织。

图4为本发明实施例4制备的弹簧扁钢的微观组织。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

钢的化学组成重量百分比为C：0.36%、Si：1.2%、Mn：0.3%、Cr：0.60%、Ni：0.50%、V：0.20%、Nb：0.030%、Al：0.020%、P:0.003%、S：0.005%、Cu：0.02%，O：0.0011%，N：0.0150%，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：

（1）冶炼：冶炼时转炉采取双渣保碳冶炼，控制终点C=0.17%；精炼采用高碱度造渣脱氧工艺，前期一次性将Al调整到位，严禁后期调铝。

(2)连铸：将冶炼后的钢水进行连铸，制得铸坯。连铸时中间包过热度为15~25℃，采用弱冷，比水量为0.16L/kg，配合电磁搅拌与末端轻压下，铸坯尺寸280×280×6000mm，连铸坯入垛堆冷24h。

(3)轧制：将连铸坯热轧成弹簧扁钢。热轧加热温度为850~950℃，终轧温度800～850℃，热轧后立即将弹簧扁钢送至冷床缓冷，缓冷保温时间为6h。

(4)热处理：对步骤3得到的弹簧扁钢进行热处理。淬火温度为860℃，保温60min后油冷至室温。再进行回火处理，回火温度为430℃，保温120min后水冷至室温。

用金相显微镜对本实施例所获得的弹簧扁钢进行显微组织观察，如图1所示其显微组织为回火屈氏体。按GB/T 228.1-2021进行室温拉伸试验，测定力学性能，获得的力学性能测试结果见表1。

实施例2

钢的化学组成重量百分比为C：0.38%、Si：1.3%、Mn：0.3%、Cr：0.80%、Ni：0.50%、V：0.25%、Nb：0.030%、Al：0.025%、P:0.005%、S：0.004%、Cu：0.03%，O：0.0009%，N：0.0160%，其余为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：

(1)冶炼时转炉采取双渣保碳冶炼，终点碳控制在0.16%；精炼采用高碱度造渣脱氧工艺，前期一次性将Al调整到位，严禁后期调铝。

(2)连铸：将冶炼后的钢水进行连铸，制得铸坯。连铸时中间包过热度为15~25℃，采用弱冷，比水量为0.16L/kg，配合电磁搅拌与末端轻压下，铸坯尺寸280×280×6000mm，连铸坯入垛堆冷24h。

(3)轧制：将连铸坯热轧成弹簧扁钢。热轧加热温度为850~950℃，终轧温度800～850℃，热轧后立即将弹簧扁钢送至冷床缓冷，缓冷保温时间为6h。

(4)热处理：对步骤3得到的弹簧扁钢进行热处理。淬火温度为860℃，保温60min后油冷至室温。再进行回火处理，回火温度为430℃，保温120min后水冷至室温。

用金相显微镜对本实施例所获得的弹簧扁钢进行显微组织观察，如图1所示其显微组织为回火屈氏体。按GB/T 228.1-2021进行室温拉伸试验，测定力学性能，获得的力学性能测试结果见表1。

实施例3

钢的化学组成重量百分比和工艺步骤与实施例1基本相同。不同的是：在步骤（4）中将弹簧扁钢加热至880℃，保温60min后油冷至室温，再进行回火处理，回火时的温度为410℃，保温120min后水冷至室温。

用金相显微镜对本实施例所获得的弹簧扁钢进行显微组织观察，如图3所示其显微组织为回火屈氏体。按GB/T 228.1-2021进行室温拉伸试验，测定力学性能，获得的力学性能测试结果见表1。

实施例4

钢的化学组成重量百分比和工艺步骤与实施例2基本相同，与实施例2不同的是：在步骤（4）中将弹簧扁钢加热至880℃，保温60min后油冷至室温。再进行回火处理，回火时的温度为450℃，保温120min后水冷至室温。

用金相显微镜对本实施例所获得的弹簧扁钢进行显微组织观察，如图4所示其显微组织为回火屈氏体。按GB/T 228.1-2021进行室温拉伸试验，测定力学性能，获得的力学性能测试结果见表1。

表1 实施例钢的力学性能检测结果

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Claims (1)

1.一种弹簧扁钢的生产方法，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为C=0.35%～0.40%、Si=1.0%~1.3%、Mn=0.2%~0.4%、Cr=0.50%～0.90%、Ni=0.20%～0.60%、V=0.10%~0.30%、Nb=0.010%～0.050%、Al=0.010%～0.050%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cu≤0.20%，O≤0.0020%，N=0.0090%~0.0200%，其余为Fe和不可避免的杂质；包括以下工艺步骤：

（1）冶炼：采取双渣保碳冶炼，控制终点C=0.10%~0.20%；精炼采用高碱度造渣脱氧工艺，前期一次性将Al调整到位；

（2）连铸：将冶炼后的钢水进行连铸制得铸坯；连铸时采用弱冷，比水量为0.16L/kg，配合电磁搅拌与末端轻压下，连铸坯入垛堆冷24h；

（3）轧制：将连铸坯热轧成弹簧扁钢，热轧加热温度为850~950℃，终轧温度800～850℃；加热炉内残氧量＜2%，微正压还原性气氛；热轧后立即将弹簧扁钢送至冷床缓冷，缓冷保温时间为6h；

（4）热处理：对弹簧扁钢进行淬火+回火的热处理，淬火温度为840~880℃，保温60min后油冷至室温；再对淬火后的扁钢进行回火，回火温度为410~450℃，保温120min后水冷至室温。

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