CN105568131A - 一种耐腐蚀弹簧钢及热处理工艺 - Google Patents

一种耐腐蚀弹簧钢及热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀弹簧钢及热处理工艺，该弹簧钢由以下成分及重量百分比组成：C0.400～0.600％、Si1.650～2.400％、Mn0.210～0.750％、Cu0.050～0.100％、Cr0.750～3.700％、B0.008～0.010％、Mo0.002～0.500％、Nb0.005～0.200％、Ta0.005～0.2000％、Re0.050～1.00％，余量为Fe及不可避免的杂质。此弹簧钢制成的弹簧寿命可延长20-30％。本发明热处理工艺采取双介质淬火避免了单纯在水中淬火工件易变形开裂、单纯在油中淬火工件不易淬透的两大缺点，保证工件具有较好的机械性能；后续的中温回火工艺使弹簧钢的硬度在35～50HRC范围内，具有较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。

Description

一种耐腐蚀弹簧钢及热处理工艺
技术领域
本发明涉及弹簧钢，具体涉及一种耐腐蚀弹簧钢及热处理工艺。
背景技术
钢是经济建设中极为重要的金属材料，按其化学成分分为碳素钢和合金钢。随着现代科学技术的发展，碳素钢的性能已经不能全面满足建设需要，于是人们研制了各种合金钢。钢的种类繁多，但是钢的用途不同，其所含金属种类和用量也不尽相同。弹簧钢是专门用于制造弹簧和弹性元件的钢，属于机械结构用钢。按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢；按照中国习惯，弹簧钢属于特殊钢，制作弹簧钢的时候技术要求比较高，技术的过硬直接决定品质的高低。因此在制作弹簧时就要求弹簧钢具有高的抗拉强度和弹性极限。弹簧在使用过程中常常遭遇化学或者电化学腐蚀，这也严重影响弹簧的使用寿命。因此，从弹簧钢的组成，弹簧的热处理，以及后期弹簧的表面处理等环节入手来改善弹簧的弹性、强度、耐腐蚀性等性能来延长弹簧的寿命是我们需要重点研究的问题。
从弹簧钢的组成来看，各元素之间的合理配比会大大提高弹簧钢的品质，尤其是适当加入一些功能性元素，也会从不同方面对弹簧的寿命起到延长的作用。
弹簧钢在淬火时经常会遇到“未淬透”的现象，即工件表层获得马氏体组织，硬度较高，而心部则是非马氏体组织，硬度偏低。工件只有表里性质均匀一致，才能充分发挥钢材的各方面性能。因此，完善的热处理工艺对于延长弹簧的使用寿命也是至关重要的。
发明内容
本发明提供了一种耐腐蚀弹簧钢及热处理工艺，能够提高弹簧的机械性能和耐腐蚀性，从而延长弹簧的使用寿命。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实施：
一种耐腐蚀弹簧钢，由下列重量百分比的成分组成：C0.400～0.600％、Si1.650～2.400％、Mn0.210～0.750％、Cu0.050～0.100％、Cr0.750～3.700％、B0.008～0.010％、Mo0.002～0.500％、Nb0.005～0.200％、Ta0.005～0.200％、Re0.050～1.00％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的，所述弹簧钢由下列重量百分比的成分组成：C0.400～0.500％、Si1.750～2.000％、Mn0.250～0.750％、Cu0.050～0.850％、Cr0.750～3.000％、B0.008～0.009％、Mo0.002～0.450％、Nb0.005～0.150％、Ta0.005～0.150％、Re0.060～1.00％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，包括初步热处理和最终热处理：
(1)初步热处理
正火，在加热炉中充满防氧化气体，将弹簧钢加热至880-950℃，热透后保温45-60min，采用氮气风冷；
优选的，所述防氧化气体为氮气或者氩气。
(2)最终热处理
①双介质淬火，将弹簧钢在真空环境下加热到830-880℃，保持1-2.5小时后，将其浸入水介质中冷却至300-350℃，立即取出浸入油中冷却至室温；
②中温回火，在回火炉中加热至400-500℃，保温2-5小时后冷却至室温；
优选的，所述回火炉中设有风机，以增加回火的均匀性。
B：主要是提高钢的淬透性。
Mo：提高强韧性、淬透性、抑制回火脆性。
Nb：铌作为微合金化元素加入钢中，与钢中的碳/氮/硫结合，改变钢的显微结构。不仅提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性。
Re：耐磨，耐腐蚀。
Ta：钽的活动性在所有金属元素中排倒数第四，抗腐蚀性很强。
本发明有益效果：本发明弹簧钢中添加的Nb元素可以细化晶粒，改善弹簧钢的加工性能；B和Mo提高弹簧钢的淬透性；Re与Ta大大提高了弹簧的抗腐蚀性。此弹簧钢制成的弹簧寿命可延长20-30％。在本发明热处理工艺中，采取双介质淬火避免了单纯在水中淬火工件易变形开裂、单纯在油中淬火工件不易淬透的两大缺点，保证工件具有较好的机械性能；后续的中温回火工艺使弹簧钢的硬度在35～50HRC范围内，具有较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种耐腐蚀弹簧钢由下列重量百分比的成分组成：C0.400％、Si1.650％、Mn0.210％、Cu0.050％、Cr0.750％、B0.008％、Mo0.002％、Nb0.005％、Ta0.005％、Re0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，包括初步热处理和最终热处理：
(1)初步热处理
正火，在加热炉中充满氮气，将弹簧钢加热至880℃，热透后保温45-60min，采用氮气风冷；
(2)最终热处理
①双介质淬火，将弹簧钢在真空环境下加热到850℃，保持2小时后，将其浸入水介质中冷却至300℃，立即取出浸入油中冷却至室温；
②中温回火，在回火炉中加热至400℃，保温4小时后冷却至室温；
实施例2：
一种耐腐蚀弹簧钢由下列重量百分比的成分组成：C0.600％、Si2.400％、Mn0.750％、Cu0.100％、Cr3.700％、B0.010％、Mo0.500％、Nb0.200％、Ta0.200％、Re1.000％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，包括初步热处理和最终热处理：
(1)初步热处理
正火，在加热炉中充满氩气，将弹簧钢加热至950℃，热透后保温45-60min，采用氮气风冷；
(2)最终热处理
①双介质淬火，将弹簧钢在真空环境下加热到880℃，保持1小时后，将其浸入水介质中冷却至350℃，立即取出浸入油中冷却至室温；
②中温回火，在回火炉中加热至500℃，保温2小时后冷却至室温；
实施例3：
一种耐腐蚀弹簧钢由下列重量百分比的成分组成：C0.450％、Si1.850％、Mn0.350％、Cu0.075％、Cr1.750％、B0.008％、Mo0.075％、Nb0.008％、Ta0.008％、Re0.450％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，包括初步热处理和最终热处理：
(1)初步热处理
正火，在加热炉中充满氩气体，将弹簧钢加热至900℃，热透后保温45-60min，采用氮气风冷；
(2)最终热处理
①双介质淬火，将弹簧钢在真空环境下加热到850℃，保持2小时后，将其浸入水介质中冷却至350℃，立即取出浸入油中冷却至室温；
②中温回火，在回火炉中加热至500℃，保温4小时后冷却至室温；
实施例4：
一种耐腐蚀弹簧钢由下列重量百分比的成分组成：C0.500％、Si2.000％、Mn0.500％、Cu0.075％、Cr1.750％、B0.009％、Mo0.275％、Nb0.100％、Ta0.058％、Re0.650％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，包括初步热处理和最终热处理：
(1)初步热处理
正火，在加热炉中充满氩气，将弹簧钢加热至950℃，热透后保温45-60min，采用氮气风冷；
(2)最终热处理
①双介质淬火，将弹簧钢在真空环境下加热到880℃，保持2.5小时后，将其浸入水介质中冷却至350℃，立即取出浸入油中冷却至室温；
②中温回火，在回火炉中加热至450℃，保温3小时后冷却至室温；
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种耐腐蚀弹簧钢，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：C0.400～0.600％、Si1.650～2.400％、Mn0.210～0.750％、Cu0.050～0.100％、Cr0.750～3.700％、B：0.008～0.010％、Mo0.002～0.500％、Nb0.005～0.200％、Ta0.005～0.200％、Re0.050～1.000％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀弹簧钢，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：C0.400～0.500％、Si1.750～2.000％、Mn0.250～0.750％、Cu0.050～0.850％、Cr0.750～3.000％、B0.008～0.009％、Mo0.002～0.450％、Nb0.005～0.150％、Ta0.005～0.150％、Re0.060～1.000％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，包括初步热处理和最终热处理：
(1)初步热处理
正火，在加热炉中充满防氧化气体，将弹簧钢加热至880-950℃，热透后保温45-60min，采用氮气风冷；
(2)最终热处理
①双介质淬火，将弹簧钢在真空环境下加热到830-880℃，保持1-2.5小时后，将其浸入水介质中冷却至300-350℃，立即取出浸入油中冷却至室温；
②中温回火，在回火炉中加热至400-500℃，保温2-5小时后冷却至室温。
4.如权利要求3所述的耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)初步热处理中防氧化气体为氮气或者氩气。
5.如权利要求3所述的耐腐蚀弹簧钢热处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)最终热处理中回火炉中设有风机。
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