[发明专利]一种弹簧钢及其表面脱碳控制工艺

说明书

本发明公开了一种弹簧钢，其组分及重量百分比含量为：C 0.56～0.64％，Si 1.5～2.0％，Mn 0.70～1.00％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr 0.10～0.35％，Nb 0.01～0.04％，其余为Fe和杂质元素。本发明采用铌微合金化方法，结合适当的洁净钢冶炼工艺、连铸坯表面缺陷控制技术、加热炉燃料及其炉内气氛优化技术，可开发出组织均匀、性能稳定、强度高、塑性好，尤其能够得到控制表面脱碳层性能优越的高端弹簧钢，有效解决现有弹簧钢制备方法存在的生产工艺复杂、合金成本高、生产效率低等问题。

技术领域

本发明属于钢铁冶金生产领域，具体涉及一种弹簧钢及其表面脱碳工艺。

背景技术

弹簧是十分重要的机械零件，广泛应用于汽车、铁路、航空、航海、国防等领域。由于服役环境的特殊性，要求弹簧钢具有较高的弹性极限、优良的弹性减退抗力以及较高的屈强比，为防止材料在高频次的交变应力下发生疲劳断裂，要求弹簧具有较高的疲劳强度和足够的塑韧性。60Si2Mn是国内目前使用最为广泛的弹簧钢品种之一，其用量占弹簧钢总量的50～60％。在目前的工业生产条件下，对绝大部分弹簧钢而言，其表面脱碳问题不可避免。60Si2Mn由于有较高的C、Si含量，表面脱碳倾向更为明显。当钢中出现脱碳现象时会严重影响弹簧钢的疲劳极限和弹性，严重影响弹簧钢的正常服役。表面如果存在脱碳组织会严重降低弹簧的疲劳强度和使用寿命。弹簧表面存在0.1mm的脱碳层时就会明显影响疲劳性能，如果表面出现全脱碳层，会影响疲劳寿命50％。因此，改善弹簧钢尤其是Si-Mn系弹簧钢脱碳敏感性尤为重要。本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种新型弹簧钢表面脱碳的控制工艺，可以使60Si2Mn弹簧钢表面不产生全脱碳层，且半脱碳层深度不超过1.5％H(H为弹簧扁钢厚度)或1.5％D(D为弹簧线棒材直径)。

中国专利申请号CN201010102577.5公开了一种新型高强度耐疲劳无脱碳合金弹簧钢及其钢丝制备方法，所述钢的化学成分为：C：0.56～0.64％，Si：0.80～1.10％，Mn：0.80～1.20％，Cr：0.80～1.20％，Mo：0.60～1.00％，V：0.20～0.30％，Nb：0.05～0.12％，N：0.01～0.06％，P≤0.035％，S≤0.03％，RE0.02％～0.07％，余量是Fe。与67CrVA弹簧钢相比，该发明合金弹簧钢抗拉强度提高400MPa、疲劳寿命提高了几千万次，且钢丝表面无脱碳等优良性能，但合金元素数量多且含量高，导致生产成本大幅提高。

中国专利申请号CN201210003859.9公开了一种高强度及高淬透性的弹簧钢材料，按重量百分比计，其成分为：0.50％～0.55％的C，0.90％～1.20％的Mn，0.80％～1.10％的Si，0.10％～0.20％的V，0.90％～1.10％的Cr，0.010％～0.040％的Nb，≤0.03％的P，≤0.03％的S，其余为Fe。本发明是一种淬透性、屈服强度较弹簧钢52CrMnBA高，淬火开裂倾向较弹簧钢60CrMnBA小，且价格经济的弹簧钢材料。该发明钢具有高淬透性、高强韧性、低淬火性，但采用常规生产钢板弹簧的工艺生产其表面脱碳的控制情况一般，确切的说，相比本发明中铸坯表面喷丸、修磨处理、天然气加热、高温快烧等工艺方法生产的弹簧钢表面脱碳控制更优良。

中国专利申请号CN201210039991.5公开了一种弹簧钢线材表面脱碳的控制方法，生产工艺为：150mm×150mm连铸方坯，加热炉一段炉温控制在900～960℃，二段炉温控制在990～1050℃，均热段炉温控制在1050～1100℃，在炉时间90～150min，均热段空燃比控制在0.8左右，吐丝温度控制在820℃左右，吐丝后以10℃/s冷速快速冷却到660℃左右。因采用150mm2小方坯轧制生产钢材，相比于200mm²较大方坯轧制的钢材，无论是钢材组织均匀性与性能稳定性，还是生产效率方面，前者均不及后者，且实施范围限于产品规格为Ф8～18mm。