CN108165879A - 一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺 - Google Patents
一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108165879A CN108165879A CN201711464698.2A CN201711464698A CN108165879A CN 108165879 A CN108165879 A CN 108165879A CN 201711464698 A CN201711464698 A CN 201711464698A CN 108165879 A CN108165879 A CN 108165879A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat treatment
- treatment process
- plate spring
- present
- spring material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title abstract description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 title abstract description 10
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 8
- 238000005496 tempering Methods 0.000 abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
一种汽车用钢板弹簧材料，其成分及质量百分比含量为C 0.47%～0.57%、Si 0.10%～0.40%、Mn 0.70%～1.20%、Cr 0.80%～1.20%、Ti 0.010%～0.030%、Al 0.010%～0.035%、N 0.005%～0.009%、B 0.0005%～0.004%、P≤0.025%、S≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质，该材料的热处理工艺为：先于820～920℃下对其进行淬火处理，然后在400～510℃下进行回火处理即可。本发明不仅具有优异的回火稳定性和强韧性，而且能够降低材料热处理工艺的要求。
Description
技术领域
本发明属于弹簧钢技术领域，具体涉及一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺，适用于簧片厚度不超过37mm的钢板弹簧的生产，可有效提升材料的回火稳定性、强韧性以及钢板弹簧的疲劳性能。
背景技术
弹簧钢是根据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。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。
弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比、冲击功)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。为满足上述性能要求，弹簧钢应具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。
中国专利：公开号为CN1693528A，公布日为2005年11月9日的发明专利公开了一种高强韧高淬透性弹簧钢材料，该弹簧钢材料的成分配比为：C 0.48％～0.55％、Si0.17％～0.37％、Mn 0.70％～1.00％、Cr 0.80％～1.10％、B 0.001％～0.004％、Cu≤0.25％、Ni≤0.35％、P≤0.03％、S≤0.03％，其余为铁。虽然该52CrMnBA的淬透性良好，且不含V等细化晶粒的元素，经济性好，可用于厚度低于36mm以下的钢板弹簧，但其回火稳定性较差，与51CrV4同炉生产时，其硬度较51CrV4低，强度不足。如果降低回火温度，提高回火硬度至45HRC以上，又存在韧性不足的问题。因此其使用硬度范围仅适用于39～44HRC，强度等级适用于1300MPa级。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的无法同时满足回火稳定性和强韧性要求的问题，提供一种具有优异的回火稳定性和强韧性的汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种汽车用钢板弹簧材料，其成分及质量百分比含量为：C 0.47％～0.57％、Si0.10％～0.40％、Mn 0.70％～1.20％、Cr 0.80％～1.20％、Ti 0.010％～0.030％、Al0.010％～0.035％、N 0.005％～0.009％、B 0.0005％～0.004％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种汽车用钢板弹簧材料的热处理工艺，具体为：先将所述材料于820～920℃下进行淬火处理，然后将淬火后的材料在400～510℃下进行回火处理即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种汽车用钢板板簧材料的成分及质量百分比含量为：C 0.47％～0.57％、Si 0.10％～0.40％、Mn 0.70％～1.20％、Cr 0.80％～1.20％、Ti 0.010％～0.030％、Al 0.010％～0.035％、N 0.005％～0.009％、B 0.0005％～0.004％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质，一方面，该设计不仅通过将C、Mn、Cr的含量分别控制在0.47％～0.57％、0.70％～1.20％、0.80％～1.20％，有效提升了材料的回火稳定性及强度(其使用硬度范围为40.5～49.5HRC，强度等级可适用于1500～1600MPa级)，使其达到51CrV4的水平，通过控制Ti、Al、N的含量范围，增加了在对材料进行淬火处理过程中的析出粒子数量，起到了有效细化晶粒的作用，提升了材料的强韧性，最终使得钢板弹簧产品的疲劳性能得到改善，产品质量和承载能力得到显著提升，而且通过控制P、S的含量提升了材料的纯净度，另一方面，该设计降低了材料的热处理工艺要求，使得淬火处理和回火处理的温度分别拓宽至820～920℃、400～510℃，在保证材料力学性能的同时可允许采用更高的淬火温度以及回火温度。因此，本发明不仅具有优异的回火稳定性和强韧性，而且能够降低材料热处理工艺的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
一种汽车用钢板弹簧材料，其成分及质量百分比含量为：C 0.47％～0.57％、Si0.10％～0.40％、Mn 0.70％～1.20％、Cr 0.80％～1.20％、Ti 0.010％～0.030％、Al0.010％～0.035％、N 0.005％～0.009％、B 0.0005％～0.004％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种汽车用钢板弹簧材料的热处理工艺，具体为：先将所述材料于820～920℃下进行淬火处理，然后将淬火后的材料在400～510℃下进行回火处理即可。
本发明钢材料的原理说明如下：
本发明提出了一种回火稳定性与51CrV4相当，强韧性较52CrMnBA明显提升且经济性好的弹簧钢材料，其满载静应力从510MPa提高至650MPa，应力幅从514MPa(±324MPa)提高到650MPa(±350MPa)，同时满足疲劳寿命要求，可实现轻量化设计。
本发明所述热处理工艺中，回火工艺的要求没有之前苛刻，见下表。
| 材料牌号 | 淬火温度 | 回火温度 | 硬度 | Rm | Rp0.2 | A | Aku2 |
| ℃ | ℃ | HRC | MPa | MPa | ％ | J | |
| 52CrMnBA | 860±20 | 425-500 | 40.5-45.5 | 1320-1520 | 1270-1480 | 8.5-12.5 | 20-30 |
| 51CrV4 | 860±40 | 400-510 | 40.5-48.5 | 1320-1680 | 1270-1640 | 7.0-10.0 | 20-30 |
| 本发明 | 870±50 | 400-510 | 40.5-47.5 | 1320-1650 | 1250-1580 | 8.5-11.5 | 25-40 |
本发明在400～510℃回火处理后，其冲击功达到25～40J，优于51CrV4的HRC/20～30J，但材料成本较51CrV4低。另外，经本发明所述热处理工艺进行处理后，材料的抗拉强度达1320～1650MPa，屈服强度为1250～1580Mpa，断后伸长率≥8.5％，断面收缩率≥40％。
实施例1：
一种汽车用钢板弹簧材料，其成分及质量百分比含量为：C 0.53％、Si 0.20％、Mn0.83％、Cr 0.96％、Ti 0.015％、Al 0.016％、N 0.0051％、B 0.0016％、P 0.019％、S0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述汽车用钢板弹簧材料的热处理工艺，具体为：先将所述材料于820～920℃下进行淬火处理，然后将淬火后的材料在400～510℃下进行回火处理即可。
实施例2：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述材料的成分及质量百分比含量为：C 0.57％、Si 0.40％、Mn 1.00％，Cr1.05％、Ti 0.010％、Al 0.010％、N 0.0062％、B 0.0005％、P 0.017％、S 0.007％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例3：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述材料的成分及质量百分比含量为：C 0.51，Si 0.17，Mn 1.20，Cr 0.80％、Ti0.025％、Al 0.030％、N 0.0075％、B 0.0027％、P 0.020％、S 0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例4：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述材料的成分及质量百分比含量为：C 0.48，Si 0.10，Mn 0.70，Cr 1.20％、Ti0.028％、Al 0.035％、N 0.0088％、B 0.0039％、P 0.019％、S 0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
为检测本发明材料的各项性能，以实施例1所述材料为本发明钢，52CrMnBA(其成分及质量百分比含量为：C 0.53％、Si 0.19％、Mn 0.83％，Cr 0.96％、Ti 0.003％、Al0.028％、N 0.0038％、B 0.001％、P 0.019％、S 0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质)为对比钢，选取使用量较大的规格为30×90的材料进行晶粒度、回火稳定性、强韧性以及疲劳试验。结果如下：
1、回火稳定性试验
表1各弹簧钢在不同回火温度下的硬度检测结果
| 材料牌号 | 52CrMnBA | 51CrV4 | 本发明钢 |
| 400℃回火硬度/HRC | 45.0 | 47.0 | 47.5 |
| 450℃回火硬度/HRC | 42.5 | 44.5 | 45.2 |
| 500℃回火硬度/HRC | 38.0 | 41.0 | 40.5 |
以上结果表明，本发明材料的回火稳定性显著优于52CrMnBA，与51CrV4相当。
2、晶粒度试验
表2各弹簧钢在不同淬火温度下的晶粒度检测结果
由表2能够看出，在同样的淬火条件下，本发明材料的晶粒度较52CrMnBA高1级，同时，在较高的加热温度下淬火，晶粒也能够保持较细水平。
3、强韧性试验
表3各弹簧钢的强韧性试验结果
| Rm/(MPa) | Rp0.2/(MPa) | A(％) | Z(％) | Aku2(J) | Rm×Aku2 | |
| 本发明钢 | 1354.3 | 1234.7 | 10.2 | 45.7 | 40.0 | 54173.3 |
| 52CrMnBA | 1375.3 | 1241.3 | 8.7 | 34.0 | 31.7 | 43552.2 |
| 变化 | -1.53％ | -0.54％ | 17.31％ | 34.31％ | 26.32％ | 24.39％ |
由上表可以发现，本发明材料的强韧性较52CrMnBA提升了24.39％。
4、疲劳性能试验
表4本发明产品的疲劳性能试验结果
表4显示，使用本发明材料制造的板簧，疲劳寿命按国标(GB/T 19844-2005)规定的载荷514±324MPa，30万次未失效，按更高载荷水平650MPa±350MPa，平均疲劳寿命达11万次。
Claims (2)
1.一种汽车用钢板弹簧材料，其特征在于：
所述材料的成分及其质量百分比含量为：C 0.47%～0.57%、Si 0.10%～0.40%、Mn0.70%～1.20%、Cr 0.80%～1.20%、Ti 0.010%～0.030%、Al 0.010%～0.035%、N 0.005%～0.009%、B 0.0005%～0.004%、P≤0.025%、S≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的汽车用钢板弹簧材料的热处理工艺，其特征在于：
所述热处理工艺为：先将所述材料于820～920℃下进行淬火处理，然后将淬火后的材料在400～510℃下进行回火处理即可。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711464698.2A CN108165879A (zh) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | 一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711464698.2A CN108165879A (zh) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | 一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108165879A true CN108165879A (zh) | 2018-06-15 |
Family
ID=62519713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711464698.2A Pending CN108165879A (zh) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | 一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108165879A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110257701A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-20 | 东风商用车有限公司 | 一种弹簧钢材料及采用该材料生产的汽车空气悬架导向臂 |
| CN114134291A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-04 | 南京工程学院 | 一种提高高强度变截面横置板簧疲劳寿命的方法 |
| CN117230378A (zh) * | 2023-11-10 | 2023-12-15 | 江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司 | 一种重载卡车变截面板簧用钢及其生产工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1692173A (zh) * | 2002-11-21 | 2005-11-02 | 三菱制钢株式会社 | 改善了淬透性和耐点蚀性的弹簧用钢 |
-
2017
- 2017-12-28 CN CN201711464698.2A patent/CN108165879A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1692173A (zh) * | 2002-11-21 | 2005-11-02 | 三菱制钢株式会社 | 改善了淬透性和耐点蚀性的弹簧用钢 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 《合金钢》编写组: "《合金钢》", 30 September 1978 * |
| 周建波: "《金属材料与热处理》", 31 December 2014 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110257701A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-20 | 东风商用车有限公司 | 一种弹簧钢材料及采用该材料生产的汽车空气悬架导向臂 |
| CN114134291A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-04 | 南京工程学院 | 一种提高高强度变截面横置板簧疲劳寿命的方法 |
| CN114134291B (zh) * | 2021-12-01 | 2023-03-24 | 南京工程学院 | 一种提高高强度变截面横置板簧疲劳寿命的方法 |
| CN117230378A (zh) * | 2023-11-10 | 2023-12-15 | 江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司 | 一种重载卡车变截面板簧用钢及其生产工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101708446B1 (ko) | 열간 프레스 경화 부품을 제조하기 위한 방법, 열간 프레스 경화 부품을 제조하기 위한 강 제품의 용도 및 열간 프레스 경화 부품 | |
| US7754029B2 (en) | Steel with excellent delayed fracture resistance and tensile strength of 1801 MPa class or more, and its shaped article | |
| CN107937828B (zh) | F6nm马氏体不锈钢筒体锻件及热处理方法 | |
| CN110863158B (zh) | 一种高性能Mn-Cr系风电输出齿轮用钢及其生产方法 | |
| US11466334B2 (en) | Nitrogen-containing microalloyed spring steel and preparation method thereof | |
| CN110846580B (zh) | 一种高Mo高性能Mn-Cr系风电输出齿轮用钢及其生产方法 | |
| KR100469671B1 (ko) | 냉간압조 특성이 우수한 소입소려 열처리강선 | |
| CN108179355A (zh) | 一种高强度高韧性弹簧钢丝及其制备工艺 | |
| US20120132322A1 (en) | Abrasion resistant steel, method of manufacturing an abrasion resistant steel and articles made therefrom | |
| EP2357262A1 (en) | Crankshaft and production method therefor | |
| KR20000028786A (ko) | 고강도 스프링용 강선 및 그 제조 방법 | |
| CN109837470B (zh) | 一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法 | |
| CN108165879A (zh) | 一种汽车用钢板弹簧材料及其热处理工艺 | |
| CN109835013B (zh) | 一种高强耐磨复合钢板及其制造方法 | |
| CN111519114A (zh) | 一种弹簧扁钢材料及其制备方法 | |
| CN104357747A (zh) | 一种微合金化锰硼合金钢及其热处理方法和应用 | |
| CN110904382A (zh) | 一种新型ym5系列冷轧辊钢及其制备方法 | |
| CN102766814A (zh) | 一种不锈轴承钢 | |
| CN107916321B (zh) | 一种热作模具钢的热处理工艺 | |
| JPH05148581A (ja) | 高強度ばね用鋼および高強度ばねの製造方法 | |
| CN106319164B (zh) | 一种马氏体不锈钢的热处理方法 | |
| CN106567009A (zh) | 耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法 | |
| CN113957358B (zh) | 抗拉强度大于2200MPa高强度热成形钢基板及制备方法 | |
| CN110651053B (zh) | 刀具用钢带的制造方法及刀具用钢带 | |
| EP3748027B1 (en) | Bolt |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180615 |