CN105385940A - 一种弹簧钢合金生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹簧钢合金生产工艺，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：C？0.35～0.5%、Si？1.10～1.70%、Mn？0.10～0.20%、P≤0.004%、S？0.005～0.008%、Cu？0.18～0.21%、Ni？0.28～0.41%、Cr？1.09～1.22%、V？0.04～0.12%、Ti？0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质。本发明在钢中添加了Ni、Cr、Cu等合金元素，使其在腐蚀环境下铁锈中非晶态组分增高，能够阻止C1的侵入，减少了腐蚀坑的形成和蔓延，以及放置腐蚀反应中形成的氢的出现，有效地降低了裂纹扩展率，从而提高了腐蚀抗力。

Description

一种弹簧钢合金生产工艺
技术领域
本发明涉及钢合金技术领域，具体涉及一种弹簧钢合金生产工艺。
背景技术
弹簧钢60Si2MnA合金元素含量低，脱碳倾向小，回火稳定性良好，热加工性能好、成本低，热处理后性能优良，广泛应用在汽车、铁路及工程机械等行业中。但生产圆钢时，在空冷条件下常会先共析出网状铁素体，致使塑性和韧性严重下降，冷加工过程易断，易造成人身伤害，热加工又增加了大量的热处理成本。
　合金弹簧钢的质量好坏在很大程度上决定于冶炼工艺，包括钢的化学成分，钢水洁净度(气体、有害元素、夹杂物)和铸坯质量(成分偏析、脱碳及其表面状况)，这几个方面正是冶炼操作的关键控制点。另外，弹簧钢还要求有足够的淬透性以保证整个弹簧截面获得均匀的微观组织和力学性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种弹簧钢合金生产工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种弹簧钢合金生产工艺，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
C0.35～0.5%、Si1.10～1.70%、Mn0.10～0.20%、P≤0.004%、S0.005～0.008%、Cu0.18～0.21%、Ni0.28～0.41%、Cr1.09～1.22%、V0.04～0.12%、Ti0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质。
进一步地，包括如下步骤：
S1、称取C0.35～0.5%、Si1.10～1.70%、Mn0.10～0.20%、P≤0.004%、S0.005～0.008%、Cu0.18～0.21%、Ni0.28～0.41%、Cr1.09～1.22%、V0.04～0.12%、Ti0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质,投入真空冶炼炉中进行冶炼，然后进行加热锻造，得到弹簧钢合金型坯；
S2、将步骤S1中得到的弹簧钢合金型坯放置钻孔机和卷耳机上进行钻孔和卷耳操作，得到弹簧钢合金型材；
S3、将步骤S2所得的弹簧钢合金型材进行淬火工艺，得到弹簧钢合金材料，淬火之后进行油冷操作；
S4、将步骤S3所得弹簧钢合金材料进行中温回火处理，中温回火处理之后进行喷丸工艺，再进行预压操作，得到弹簧钢合金初品；
S5、将步骤S4所得的弹簧钢合金初品经过退火处理之后，冷却至室温，进行喷漆操作，放置2h之后通过检验、包装入库。
进一步地，所述步骤S1中冶炼温度1630～1650℃，熔炼时间为2～4小时，锻造加热温度为1050～1150℃,锻造开始温度为1000～1100℃,锻造结束温度为850℃。
进一步地，所述步骤S3中淬火温度为840～870℃。
进一步地，所述步骤S4中的中温回火温度为200～300℃，中温回火目的是为了防止因淬火应力引起自裂，保温30min以上，出炉后淋水冷却，以防止回火脆性。
进一步地，所述步骤S4中喷丸的目的是强化钢材表面，使其产生残余压力，提高疲劳强度。
进一步地，所述步骤S5中喷漆的目的是为了防止弹簧钢表面的氧化并能有效防止锈蚀。
进一步地，所述步骤S5退火处理温度为500～650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
进一步地，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
C0.42%、Si1.69%、Mn0.18%、P0.004%、S0.007%、Cu0.2%、Ni0.33%、Cr1.16%、V0.05%、Ti0.5%、Al0.027%和不可避免的杂质。
高强度高韧性合金钢中各重量百分比的化学成分作用：
碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
Al(Al)：Al是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的Al，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，Al与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。Al的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
本发明在钢中添加了Ni、Cr、Cu等合金元素，使其在腐蚀环境下铁锈中非晶态组分增高，能够阻止C1的侵入，减少了腐蚀坑的形成和蔓延，以及放置腐蚀反应中形成的氢的出现，有效地降低了裂纹扩展率，从而提高了腐蚀抗力，另外，Ti加入会生成微米级一下的TiC沉淀，从而改善了氢脆的影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明包括由以下重量份的原料制备而成：由以下重量百分比的化学成分制备而成：
C0.35～0.5%、Si1.10～1.70%、Mn0.10～0.20%、P≤0.004%、S0.005～0.008%、Cu0.18～0.21%、Ni0.28～0.41%、Cr1.09～1.22%、V0.04～0.12%、Ti0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质。
包括如下步骤：
S1、称取C0.35～0.5%、Si1.10～1.70%、Mn0.10～0.20%、P≤0.004%、S0.005～0.008%、Cu0.18～0.21%、Ni0.28～0.41%、Cr1.09～1.22%、V0.04～0.12%、Ti0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质,投入真空冶炼炉中进行冶炼，然后进行加热锻造，得到弹簧钢合金型坯；
S2、将步骤S1中得到的弹簧钢合金型坯放置钻孔机和卷耳机上进行钻孔和卷耳操作，得到弹簧钢合金型材；
S3、将步骤S2所得的弹簧钢合金型材进行淬火工艺，得到弹簧钢合金材料，淬火之后进行油冷操作；
S4、将步骤S3所得弹簧钢合金材料进行中温回火处理，中温回火处理之后进行喷丸工艺，再进行预压操作，得到弹簧钢合金初品；
S5、将步骤S4所得的弹簧钢合金初品经过退火处理之后，冷却至室温，进行喷漆操作，放置2h之后通过检验、包装入库。
所述步骤S1中冶炼温度1630～1650℃，熔炼时间为2～4小时，锻造加热温度为1050～1150℃,锻造开始温度为1000～1100℃,锻造结束温度为850℃。
所述步骤S3中淬火温度为840～870℃。
所述步骤S4中的中温回火温度为200～300℃，中温回火目的是为了防止因淬火应力引起自裂，保温30min以上，出炉后淋水冷却，以防止回火脆性。
所述步骤S4中喷丸的目的是强化钢材表面，使其产生残余压力，提高疲劳强度。
所述步骤S5中喷漆的目的是为了防止弹簧钢表面的氧化并能有效防止锈蚀。
所述步骤S5退火处理温度为500～650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
一种弹簧钢合金生产工艺，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
C0.42%、Si1.69%、Mn0.18%、P0.004%、S0.007%、Cu0.2%、Ni0.33%、Cr1.16%、V0.05%、Ti0.5%、Al0.027%和不可避免的杂质。
实施例1：
S1、称取C0.42%、Si1.69%、Mn0.18%、P0.004%、S0.007%、Cu0.2%、Ni0.33%、Cr1.16%、V0.05%、Ti0.5%、Al0.027%和不可避免的杂质,投入真空冶炼炉中进行冶炼，然后进行加热锻造，得到弹簧钢合金型坯；
S2、将步骤S1中得到的弹簧钢合金型坯放置钻孔机和卷耳机上进行钻孔和卷耳操作，得到弹簧钢合金型材；
S3、将步骤S2所得的弹簧钢合金型材进行淬火工艺，得到弹簧钢合金材料，淬火之后进行油冷操作；
S4、将步骤S3所得弹簧钢合金材料进行中温回火处理，中温回火处理之后进行喷丸工艺，再进行预压操作，得到弹簧钢合金初品；
S5、将步骤S4所得的弹簧钢合金初品经过退火处理之后，冷却至室温，进行喷漆操作，放置2h之后通过检验、包装入库。
所述步骤S1中冶炼温度1630℃，熔炼时间为2小时，锻造加热温度为1050℃,锻造开始温度为1100℃,锻造结束温度为850℃。
所述步骤S3中淬火温度为870℃。
所述步骤S4中的中温回火温度为200℃，中温回火目的是为了防止因淬火应力引起自裂，保温30min以上，出炉后淋水冷却，以防止回火脆性。
所述步骤S4中喷丸的目的是强化钢材表面，使其产生残余压力，提高疲劳强度。
所述步骤S5中喷漆的目的是为了防止弹簧钢表面的氧化并能有效防止锈蚀。
所述步骤S5退火处理温度为650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
实施例2：
S1、称取C0.5%、Si1.70%、Mn0.10%、P0.004%、S0.008%、Cu0.21%、Ni0.41%、Cr1.22%、V0.12%、Ti0.55%、Al0.027%和不可避免的杂质,投入真空冶炼炉中进行冶炼，然后进行加热锻造，得到弹簧钢合金型坯；
S2、将步骤S1中得到的弹簧钢合金型坯放置钻孔机和卷耳机上进行钻孔和卷耳操作，得到弹簧钢合金型材；
S3、将步骤S2所得的弹簧钢合金型材进行淬火工艺，得到弹簧钢合金材料，淬火之后进行油冷操作；
S4、将步骤S3所得弹簧钢合金材料进行中温回火处理，中温回火处理之后进行喷丸工艺，再进行预压操作，得到弹簧钢合金初品；
S5、将步骤S4所得的弹簧钢合金初品经过退火处理之后，冷却至室温，进行喷漆操作，放置2h之后通过检验、包装入库。
所述步骤S1中冶炼温度1650℃，熔炼时间为4小时，锻造加热温度为1150℃,锻造开始温度为1100℃,锻造结束温度为850℃。
所述步骤S3中淬火温度为870℃。
所述步骤S4中的中温回火温度为300℃，中温回火目的是为了防止因淬火应力引起自裂，保温30min以上，出炉后淋水冷却，以防止回火脆性。
所述步骤S4中喷丸的目的是强化钢材表面，使其产生残余压力，提高疲劳强度。
所述步骤S5中喷漆的目的是为了防止弹簧钢表面的氧化并能有效防止锈蚀。
所述步骤S5退火处理温度为650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
实施例3：
S1、称取C0.35%、Si1.10%、Mn0.10%、P0.004%、S0.005%、Cu0.18%、Ni0.28%、Cr1.09%、V0.04%、Ti0.4%、Al0.027%和不可避免的杂质,投入真空冶炼炉中进行冶炼，然后进行加热锻造，得到弹簧钢合金型坯；
S2、将步骤S1中得到的弹簧钢合金型坯放置钻孔机和卷耳机上进行钻孔和卷耳操作，得到弹簧钢合金型材；
S3、将步骤S2所得的弹簧钢合金型材进行淬火工艺，得到弹簧钢合金材料，淬火之后进行油冷操作；
S4、将步骤S3所得弹簧钢合金材料进行中温回火处理，中温回火处理之后进行喷丸工艺，再进行预压操作，得到弹簧钢合金初品；
S5、将步骤S4所得的弹簧钢合金初品经过退火处理之后，冷却至室温，进行喷漆操作，放置2h之后通过检验、包装入库。
所述步骤S1中冶炼温度1630℃，熔炼时间为2小时，锻造加热温度为1050℃,锻造开始温度为1000℃,锻造结束温度为850℃。
所述步骤S3中淬火温度为840℃。
所述步骤S4中的中温回火温度为200℃，中温回火目的是为了防止因淬火应力引起自裂，保温30min以上，出炉后淋水冷却，以防止回火脆性。
所述步骤S4中喷丸的目的是强化钢材表面，使其产生残余压力，提高疲劳强度。
所述步骤S5中喷漆的目的是为了防止弹簧钢表面的氧化并能有效防止锈蚀。
所述步骤S5退火处理温度为500℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
本发明在钢中添加了Ni、Cr、Cu等合金元素，使其在腐蚀环境下铁锈中非晶态组分增高，能够阻止C1的侵入，减少了腐蚀坑的形成和蔓延，以及放置腐蚀反应中形成的氢的出现，有效地降低了裂纹扩展率，从而提高了腐蚀抗力，另外，Ti加入会生成微米级一下的TiC沉淀，从而改善了氢脆的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
C0.35～0.5%、Si1.10～1.70%、Mn0.10～0.20%、P≤0.004%、S0.005～0.008%、Cu0.18～0.21%、Ni0.28～0.41%、Cr1.09～1.22%、V0.04～0.12%、Ti0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质。
2.一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取C0.35～0.5%、Si1.10～1.70%、Mn0.10～0.20%、P≤0.004%、S0.005～0.008%、Cu0.18～0.21%、Ni0.28～0.41%、Cr1.09～1.22%、V0.04～0.12%、Ti0.4～0.55%、Al≤0.027%和不可避免的杂质,投入真空冶炼炉中进行冶炼，然后进行加热锻造，得到弹簧钢合金型坯；
S2、将步骤S1中得到的弹簧钢合金型坯放置钻孔机和卷耳机上进行钻孔和卷耳操作，得到弹簧钢合金型材；
S3、将步骤S2所得的弹簧钢合金型材进行淬火工艺，得到弹簧钢合金材料，淬火之后进行油冷操作；
S4、将步骤S3所得弹簧钢合金材料进行中温回火处理，中温回火处理之后进行喷丸工艺，再进行预压操作，得到弹簧钢合金初品；
S5、将步骤S4所得的弹簧钢合金初品经过退火处理之后，冷却至室温，进行喷漆操作，放置2h之后通过检验、包装入库。
3.根据权利要求2所述的一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，所述步骤S1中冶炼温度1630～1650℃，熔炼时间为2～4小时，锻造加热温度为1050～1150℃,锻造开始温度为1000～1100℃,锻造结束温度为850℃。
4.根据权利要求2所述的一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中淬火温度为840～870℃。
5.根据权利要求2所述的一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中的中温回火温度为200～300℃，中温回火目的是为了防止因淬火应力引起自裂，保温30min以上，出炉后淋水冷却，以防止回火脆性。
6.根据权利要求2所述的一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中喷丸的目的是强化钢材表面，使其产生残余压力，提高疲劳强度。
7.根据权利要求2所述的一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，所述步骤S5中喷漆的目的是为了防止弹簧钢表面的氧化并能有效防止锈蚀。
8.根据权利要求2所述的一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，所述步骤S5退火处理温度为500～650℃，然后空气冷却至室温，退火时间1小时。
9.一种弹簧钢合金生产工艺，其特征在于，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
C0.42%、Si1.69%、Mn0.18%、P0.004%、S0.007%、Cu0.2%、Ni0.33%、Cr1.16%、V0.05%、Ti0.5%、Al0.027%和不可避免的杂质。
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