[发明专利]含氮微合金化弹簧钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种弹簧钢，具体涉及一种含氮微合金化弹簧钢及其制备方法。所述的弹簧钢化学成分为：C0.45‑0.52％；Si0.15‑0.35％；Mn0.90‑1.10％；Cr0.90‑1.15％；Mo0.10‑0.25％；V0.10‑0.20％；Nb0.025‑0.04％；N0.007‑0.012％；Pb、Sn、Zn、Sb和Bi≤0.03％；O₂和H₂≤25ppm；S和P≤0.02％；Cu≤0.2％；Ni≤0.35％；余量为Fe。本发明弹簧钢抗拉强度能够达到1800MPa左右，屈服强度能够达到1650MPa左右，延伸率≥7％，断面收缩率≥25％，疲劳周次大于300,000周次；制备方法科学合理。

技术领域

本发明涉及一种弹簧钢，具体涉及一种含氮微合金化弹簧钢及其制备方法。

背景技术

弹簧作为装备制造的基础件、零部件之一，其规模品种的扩大、质量水平的提高是保障机械装备主机性能提高的先决条件。但是，我国弹簧行业的产业结构长期以来形成了低档普通弹簧供过于求、高档产品(高强度、高应力、异性件、特种材料)供不应求的被动形势。弹簧产品已经不能完全满足高端装备制造业的发展需要，轿车用悬架簧、气门弹簧、离合器弹簧以及机车、机械、电力、军工等行业用高级弹簧仍需要进口。此外，目前我国弹簧产品的性能与国外同类产品也有一定差距，如弹簧的负荷精度、垂直度精度等方面都存在差距，集中反映在性能不稳定、有些重要质量指标离散性大、使用寿命不稳定，特别是当主机要求弹簧在高速、高应力工况下工作时，矛盾更为突出。

弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。按化学成分，分为非合金弹簧钢(碳素弹簧钢)和合金弹簧钢。随着汽车轻量化，发展高强度、延伸率高、断面收缩率高和抗疲劳性能的弹簧钢，将是提高我国高端装备零部件自主配套能力、有效替代进口的必然趋势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种含氮微合金化弹簧钢，具有机械强度高、延伸率大、断面收缩率高、抗疲劳性能好的优点；本发明同时提供其制备方法，科学合理，简单易行。

本发明所述的含氮微合金化弹簧钢，包括如下质量比的化学成分：

C：0.45-0.52％；Si：0.15-0.35％；Mn：0.90-1.10％；Cr：0.90-1.15％；Mo：0.10-0.25％；V：0.10-0.20％；Nb：0.025-0.04％；N：0.007-0.012％；Pb、Sn、Zn、Sb和Bi≤0.03％；O₂和H₂≤25ppm；S和P≤0.02％；Cu≤0.2％；Ni≤0.35％；余量为Fe。

各化学成分的用量标准和作用如下：

C：0.45-0.52wt.％；

碳是通过固溶强化，提高弹簧钢的弹性强度、硬度和耐磨性，但降低弹簧钢的塑性、韧性和疲劳强度，将C控制在0.45-0.52wt.％之内，与其它合金元素同在时，可获得最佳强度，疲劳寿命与经济效益的组合。本发明采用的C含量远小于常规的弹簧钢，能够改变马氏体组织形态，提高弹簧钢的韧性。

Si：0.15-0.35wt.％；

硅通过固溶强化铁素体，提高钢的弹性，但弱化钢的塑性和韧性，并剧烈增加脱碳和石墨化的倾向，产生夹杂物，恶化弹簧的疲劳性能。故在本发明中，发现硅含量控制在0.15-0.35wt.％内时，对疲劳强度的影响最低。本发明采用的Si含量远小于常规的弹簧钢，能降低对碳的排斥性，减少脱碳。

Mn：0.90-1.10wt.％；

Mn可以通过固溶提高钢的强度，同时，提高钢的淬透性，但过量的Mn会促进回火脆性，因此，需要将Mn的含量控制在0.90-1.10wt.％。

Cr：0.90-1.15wt.％；