CN100342053C - 高强韧性高淬透性弹簧钢材料 - Google Patents

高强韧性高淬透性弹簧钢材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强韧性高淬透性弹簧钢材料，其特征是所述弹簧钢材料含有重量比为0.48%～0.55%的C，0.17%～0.37%的Si，0.70%～1.00%的Mn，0.8%～1.10%的Cr，0.001%～0.004%的B，≤0.35%的Ni，≤0.25%的Cu，≤0.03%的P，≤0.03%的S，其余为Fe。本发明的目的旨在提出一种强韧性与50CrVA相当，淬透性与60CrMnBA相当，且价格经济的高强韧性高淬透性弹簧钢材料，以对目前GB1222-92弹簧钢材料作一个较好的补充。适于制造大截面、高强韧性的弹性元件的钢材料，特别适于制造厚度≥20mm、≤36mm钢板弹簧的钢材料。本发明与现有技术相比，具有化学成份经济、使用范围广、同时具备强韧性高、淬透性好等诸多优点。

Description

高强韧性高淬透性弹簧钢材料
技术领域
本发明属于功能材料中弹簧钢的制备领域，适于制造大截面、高强韧性的弹性元件的钢材料，特别适于制造厚度≥20mm、≤36mm钢板弹簧的钢材料。
背景技术
目前常用的大截面弹簧钢材料主要有60CrMnBA、50CrVA，以及SUP9(等同GB1222-92中55CrMnA)，其中60CrMnBA只具备高淬透性及高强度，而不具备高韧性特点，故在大截面钢板弹簧的淬火过程中，由于存在较大的热处理应力，而导致淬火开裂倾向大的特点，使其在国内的钢板弹簧行业基本停用；50CrVA具备良好的强韧性，较高的淬透性，但与60CrMnBA的淬透性有很大差距，此外由于其中含有相对较贵的合金元素钒V，成本偏高；而日本牌号的SUP9(等同GB1222-92中55CrMnA)的尽管价格略低，无论淬透性、还是强韧性都明显偏低，也不是很理想的大面积弹簧钢材料。
由于上述几种常用的大截面弹簧钢，无论是国家标准GB1222-92中的材料，还是目前国内应用较多的日本牌号为SUP9的材料，均不能同时具备高强韧性及高淬透性的综合性能。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种强韧性与50CrVA相当，淬透性与60CrMnBA相当，且价格经济的高强韧性高淬透性弹簧钢材料，以对目前GB1222-92弹簧钢材料作一个较好的补充。
为了解决上述问题，本发明公开了一种高强韧性高淬透性弹簧钢材料，其特征是所述弹簧钢材料含有重量比为0.48％～0.55％的C，0.17％～0.37％的Si，0.70％～1.00％的Mn，0.8％～1.10％的Cr，0.001％～0.004％的B，≤0.35％的Ni，≤0.25％的Cu，≤0.03％的P，≤0.03％的S，其余为Fe。弹簧钢材料合金成份中C的最佳含量范围为0.49～0.52％。
为了实现本发明较低的经济成本和同时具备高强韧性、高淬透性的性能，本发明对材料的成份进行了合理的调整。相比50CrVA，合金成份中不含贵重元素V，以降低发明材料的成本。采用了相对较低的含C量，以提高其韧性。为了有效的提高其强度及淬透性，本发明中对能有效提高材料的硬度、强度及淬透性的强碳化物形成元素Cr的含量保持在一个相对较高的水准0.8％～1.10％。为了进一步提高本发明的高强韧性高淬透性弹簧钢材料在大截面弹性元件中的利用，特别是厚度≥20mm、≤36mm钢板弹簧，本发明的高强韧性高淬透性弹簧钢材料中加入了微量能显著提高淬透性的合金元素B，但对B含量的控制一定不能超过0.004％，否则将大大降低其韧性。通过对C、Cr、Mn、B元素的合理调整，使具备50CrVA的高强韧性及60CrMnBA的高淬透性，同时比50CrVA的淬透性好，比60CrMnBA的强韧性高，是对目前GB1222-92弹簧钢材料一个很好的补充，是大截面高强韧性弹性元件的优化方案的目前最佳选择，特别适用于厚度≥20mm、≤36mm钢板弹簧。采用本发明的高强韧性高淬透性弹簧钢材料与现有技术相比，具有化学成份经济、使用范围广、同时具备强韧性高、淬透性好等诸多优点。
具体实施方式
本发明采取的热轧工艺为成熟的常规生产弹簧钢板工艺，比如生产60CrMnBA弹簧钢板的热轧方法，即可实现本发明高强韧性高淬透性弹簧钢材料生产和加工。
根据本发明高强韧性高淬透性弹簧钢材料，本发明的申请人委托厂家热轧了一定规格的该材料，进行相关试验。为了对比方便，选用此规格下目前综合机械性能最好的50CrVA来进行对比。通过试验表明，本发明的高强韧性高淬透性弹簧钢材料特别适用于厚度≥20mm、≤36mm弹簧扁钢材料，对于棒料，相对50CrVA比，淬透层深可在50CrVA基础上提高70％～90％，其强度指标：屈服强度σ0.2达1373Mpa，抗拉强度σs达1497Mpa，比50CrVA标准的基本要求，高出20％左右，其韧性指标：伸长率δ达9.7％，断面收缩率Ψ达40.5％，基本达到50CrVA，只是伸长率比标准要求低3％。故本发明适用于大截面、要求强韧性高的弹性元件的制造用材料，对于目前钢铁市场V铁的快速涨价，特别适用于厚度≥20mm、≤36mm钢板弹簧制造用材料。
本发明高强韧性高淬透性弹簧钢材料根据国标编号为52CrMnBA。将其与50CrVA进行化学成分、淬透性、机械性能指标、疲劳寿命试验等诸项对比的数据如下列四表所示。
一、化学成份
                                     表1化学成分对比                                                                     (％)
  牌号   C   S   Si   Mn   P   Cu   Cr   Ni   V   B
52CrMnBA   设计值 0.48～0.55 ≤0.030 0.17～0.37 0.70～1.00 ≤0.030 ≤0.25 0.80～1.10 ≤0.35 -   0.001～0.004
  实测值 0.51 0.0014 0.30 0.85 0.021 0.099 0.91 0.032 - 0.0036
50CrVA   标准值 0.46～0.54 ≤0.030 0.17～0.37 0.50～0.80 ≤0.030 ≤0.25 0.80～1.10 ≤0.35 0.10～0.20 -
  实测值 0.49 0.018 0.24 0.56 0.016 0.12 0.85 0.046 0.13 -
二、淬透性对比
  至水冷端距离(mm)   6.0   12.0   18.0   24.0   30.0   36.0   42.0
  52CrMnBA(HRC)   60.7   59.0   56.2   48.7   44.8   42.5   37.5
  50CrVA(HRC)   58.9   48.6   38.8   34.7   34.3   33.8   28.6
三、机械性能指标对比
  材料名称   本发明   50CrVA   50CrVA标准
  工艺规范   淬火   860℃，保温45minN32机械油油淬   850℃，保温45minN32机械油油淬   850℃，油淬
  回火   500℃，保温1h   500℃，保温1h   500℃
  试样1#   屈服强度σ0.2(Mpa)   1380   1320   ≥1127
  抗拉强度σ0.2(Mpa)   1510   1378   ≥1274
  伸长率δ5(％)   9.2   12.2   ≥10
  收缩率Ψ(％)   39.0   49.3   ≥40
  试样2#   屈服强度σ0.2(Mpa)   1370   1341
  抗拉强度σ0.2(Mpa)   1500   1393
  伸长率δ5(％)   10.0   10.5
  收缩率Ψ(％)   42.0   48.5
  试样3#   屈服强度σ0.2(Mpa)   1370   1303
  抗拉强度σ0.2(Mpa)   1480   1362
  伸长率δ5(％)   10.0   11.6
  收缩率Ψ(％)   40.5   49.9
四、疲劳寿命试验
分别用规格为20×90本发明材料与50CrVA制造的重型车板簧2913Z06-010，按Qcn29035-91标准进行了对比试验。
  材料   疲劳寿命   断片片序
  52CrMnBA   1#   14.11   未断
  2#   14.12   未断
  3#   13.4   1
  50CrVA   1#   9.16   7
  2#   11.84   8
  3#   14.4   未断

Claims (2)

1.一种高强韧性高淬透性弹簧钢材料，其特征是所述弹簧钢材料含有重量比为0.48％--0.55％的C，0.17％-0.37％的Si，0.70％-1.00％的Mn，0.8-1.10％的Cr，0.0036％-0.004％的B，0.032％-0.35％的Ni，0.099％-0.25％的Cu，0.021％-0.03％的P，0.0014％-0.03％的S，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的弹簧钢材料，其特征是所述弹簧钢材料合金成分中C的重量比为0.49％-0.52％。
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