CN110819900A

CN110819900A - 一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢及其热处理方法

Info

Publication number: CN110819900A
Application number: CN201911133693.0A
Authority: CN
Inventors: 汪开忠; 姜婷; 于同仁; 胡芳忠; 尹德福; 龚梦强; 张晓瑞; 郭湛; 郝震宇; 丁雷; 余良其; 丁新军; 吴建曦
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-02-21

Abstract

本发明公布了一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢，所述高强度弹性卡环用钢按重量百分比含有：C 0.75％～0.85％、Si 0.50％～1.00％、Mn 0.60％～0.90％、Cr 0.30％～0.90％、Ni 0.05％～0.50％、Cu 0.05％～0.50％、Re 0.01％～0.03％、Alt≤0.005％、P≤0.010％、S≤0.010％。其余为Fe和其它不可避免的杂质。本发明还还公布了高强度弹性卡环用钢的热处理方法，成品卡环硬度范围55HRC‑58HRC，弹性试验、韧性试验和扭转试验合格，相对于市场上普通的卡环用钢，其周浸试验相对腐蚀率≤53％，盐雾试验相对腐蚀率≤50％，说明其具有优良的耐蚀性能。

Description

一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢及其热处理方法

技术领域

本发明属于弹性卡环技术领域，尤其涉及一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢及热处理方法。

背景技术

弹性卡环也叫卡簧、垫圈，作用是可以防止装在孔内或轴上其它零件的轴向窜动，是一种使用广泛的定位固定元件。弹性卡环原材料一般为65号钢、65Mn、60Si2Mn弹簧钢等，卡环成品硬度40HRC-51HRC。但随着各行业如汽车行业、轨道交通行业节能减重的发展方向，要求各部位零件提高强度、减轻重量、提高寿命，现有硬度的卡环产品已难以与超高强度零部件配套，更高硬度的卡环亟待开发。同时，随着应用环境的复杂化，在一些Cl^-浓度较高的潮湿环境如沿海环境，需要零部件具有较好的耐蚀性能。

专利公开号为CN103194588B，名称为“一种65Mn弹簧垫圈的热处理工艺”。所述本发明涉及一种65Mn弹簧垫圈的热处理工艺，通过在淬火炉内加入木炭以产生保护气体与在弹簧垫圈表面涂刷防氧化脱碳涂料来防止氧化脱碳，同时保证弹簧垫圈所需的性能。此发明专利通过特定的热处理方法防止垫圈(卡环)的表面脱碳，不足之处是并未在原有基础上提高卡环硬度，且65Mn牌号钢的耐蚀性无法保证。

专利公开号为CN108546813A，名称为“一种高强度卡簧用热轧盘条及其生产方法”的文件，提出了提供了一种高强度卡簧用热轧盘条及其生产方法。其化学组成按重量百分比为：C：0.70-0.80％，Si：0.15-0.25％，Mn：0.65-0.75％，S≤0.010％，P≤0.015％，Mo：0.10-0.30％，V：0.15-0.25％，其余为Fe和杂质元素。与现有技术相比，本发明提供的用于制造高强度卡簧用热轧盘条及其生产方法，生产方法配合配方，根据不同产品尺寸设计不同的风冷工艺，能保证热轧盘条抗拉强度≥1020MPa。能够满足重要用途卡簧生产制作要求。然而，该专利对象为普通卡簧，在潮湿环境长期使用过程中面临严峻的锈蚀问题。

综上所述，具有特殊功能的高强钢的开发也是特殊钢发展的趋势，开发具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢，对卡环元件在潮湿环境如沿海环境的应用极具意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢，具有优良耐蚀性能，卡环元件可在潮湿环境应用。

本发明的具体技术方案为：

一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢，所述高强度弹性卡环用钢按重量百分比含有：C 0.75％～0.85％、Si 0.50％～1.00％、Mn 0.60％～0.90％、Cr 0.30％～0.90％、Ni 0.05％～0.50％、Cu 0.05％～0.50％、Re 0.01％～0.03％、Alt≤0.005％、P≤0.010％、S≤0.010％。其余为Fe和其它不可避免的杂质。

C：C是钢中最基本有效的强化元素，C含量不足时，会形成先共析铁素体，降低钢的强硬度；但过量的C会促进先共析渗碳体的析出甚至形成网状渗碳体，降低钢的塑性，因此C含量控制在0.75％-0.85％。

Si：Si是脱氧剂，同时通过固溶强化及提高回火软化阻力来提高钢的强硬度和钢的抗弹减性，但过量的硅不利于控制材料表面脱碳，因此Si含量控制在0.50％-1.00％。

Mn：Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时Mn是提高奥氏体组织的稳定性，显著提高钢的淬透性。但过量的Mn会降低钢的塑性。Mn的添加同时有助于在钢材表面形成锈蚀层，提高钢的耐蚀性能，但过度的Mn会导致腐蚀产物颗粒的长大，提高腐蚀率，因此Mn含量控制在0.60％-0.90％。

Cr：Cr与C能形成稳定的化合物，阻止C或杂质的偏聚，提高基体的稳定性能，显著改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。铬能显著增加钢的淬透性，提高钢的疲劳强度，但过量的Cr增加钢的回火脆性倾向，因此Cr含量控制在0.30％～0.90％。

Ni：Ni能与Fe生成无限互溶的固溶体，具有扩大相区的作用,不形成碳化物。镍能稳定奥氏体，增强钢的淬透性。Ni元素的加入同时能改善锈层结构，提高致密度和对钢表面的粘结性，提高了钢的耐蚀性能。但钢中过量的镍加入，钢在高温环境时的热脆性倾向增加，因此Ni含量控制在0.05％～0.50％。

Cu：Cu在钢中的突出作用是提高钢的耐蚀性能。钢与表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能促使钢的阳极化，并形成保护性较好的锈层。铜元素也能改变锈层的吸湿性，从而提高了临界湿度。但Cu在钢中产生高裂纹敏感性，因此Cu含量控制在0.05％～0.50％。

Re：钢中添加适量的稀土Re，可使MnS、A12O3等夹杂变质为稀土夹杂，从而提高钢的力学性能。钢中加入Re，可形成致密连续、附着性好的稀土复合氧化物。合适的Re含量通过改善锈层的氧化物种类、形成过程，可显著提高钢的耐腐蚀性，并促进其它微合金元素在内锈层中的富集。此外，Re通过净化钢液，变质夹杂，从而改善了点蚀和晶间腐蚀。钢中固溶Re提高钢基体的耐蚀性，并促进稳定致密锈层的形成，因此Re含量控制在0.01％～0.03％。

Al：Al在钢中形成氧化铝脆性夹杂物，不利于钢的疲劳性能，控制Alt≤0.005％。

S和P：硫容易在钢中与锰形成MnS夹杂，对卡环的扭转性能有害；P是具有强烈偏析倾向的元素，通常还引起硫和锰的共同偏聚，对产品组织和性能的均匀性有害，因此控制P≤0.010％，S≤0.010％。

进一步地，所述高强度弹性卡环用钢的生产工艺：电弧炉冶炼→LF炉精炼→真空脱气→矩形坯连铸→小方坯轧制→高速线材控轧控冷轧制。其中线材轧制时，控制加热温度1050～1150℃、开轧温度970～1100℃、终轧温度910～980℃、吐丝温度780～880℃，保证线材组织为细小均匀的索氏体组织，有利于线材拉拔性能。

进一步地，所述弹性卡环加工工艺为：线材拉拔→退火→冷轧→弯圈→冲孔型和圈型→淬火→圈型校正→回火→表面处理，采用球化退火，淬火温度为880±20℃，回火温度440±30℃。

进一步地，所述高强度弹性卡环用钢的成品卡环硬度范围55HRC-58HRC，其周浸试验相对腐蚀率≤53％，盐雾试验相对腐蚀率≤50％。

与现有技术相比，本发明的成品卡环硬度范围55HRC-58HRC，弹性试验、韧性试验和扭转试验合格，相对于市场上普通的卡环用钢，其周浸试验相对腐蚀率≤53％，盐雾试验相对腐蚀率≤50％，说明其具有优良的耐蚀性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地描述。

本发明一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢，所述高强度弹性卡环用钢按重量百分比含有：C 0.75％～0.85％、Si 0.50％～1.00％、Mn 0.60％～0.90％、Cr0.30％～0.90％、Ni 0.05％～0.50％、Cu 0.05％～0.50％、Re 0.01％～0.03％、Alt≤0.005％、P≤0.010％、S≤0.010％。其余为Fe和其它不可避免的杂质。

本实施例中采用特定成分的线材盘条，实施例和对比例成分见表1，卡环用钢的生产工艺为：采用电弧炉冶炼→LF炉精炼→真空脱气→连铸380mm×450mm矩形坯→轧制150mm×150mm方坯→控轧控冷轧制Φ6.5～25mm线材盘条。其中线材轧制时，控制加热温度1050～1150℃、开轧温度970～1100℃、终轧温度910～980℃、吐丝温度780～880℃，得到的组织为索氏体。

表1本发明实施例和对比例化学成分(％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	Re	Alt	P	S
											实施例1	0.76	0.92	0.84	0.75	0.27	0.31	0.019	0.004	0.008	0.003
实施例2	0.80	0.78	0.82	0.53	0.39	0.38	0.025	0.003	0.007	0.004
											实施例3	0.77	0.84	0.81	0.49	0.41	0.28	0.017	0.004	0.009	0.005
实施例4	0.83	0.66	0.68	0.57	0.40	0.30	0.015	0.003	0.006	0.005
											对比例	0.66	0.25	1.02	-	-	-	-	0.004	0.007	0.003

加工卡环的具体流程为：线材拉拔→保护气氛球化退火→挤压→弯圈→冲孔型和圈型→淬火(880℃，油淬)→圈型校正→回火(440℃，空冷)→表面处理。得到弹性和扭转性良好、硬度范围55HRC-58HRC的弹性卡环，见表2。卡环热处理后显微组织为回火屈氏体。

表2本发明实施例和对比例生产线材的制造方法具体工艺参数

如表3所示，为了验证钢的耐蚀性能，分别在实施例和对比例的方坯上取样，经过880℃+440℃淬回火热处理后，分别按照GB/T 19746-2018《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》和GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》的方法，进行288h周浸腐蚀试验和72h盐雾腐蚀试验，实施例与对比例相比，周浸试验的相对腐蚀率低于53％，盐雾试验的相对腐蚀率低于50％，具有良好的耐蚀性能。

表3本发明实施例的调质热处理后硬度(HRC)、弹性、韧性、扭转性能、耐蚀性能

上述说明仅对本发明进行了具体的示例性描述，需要说明的是本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的技术构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢，其特征是，所述高强度弹性卡环用钢按重量百分比含有：C 0.75％～0.85％、Si 0.50％～1.00％、Mn 0.60％～0.90％、Cr0.30％～0.90％、Ni 0.05％～0.50％、Cu 0.05％～0.50％、Re 0.01％～0.03％、Alt≤0.005％、P≤0.010％、S≤0.010％。其余为Fe和其它不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢的热处理方法，其特征是，所述高强度弹性卡环用钢的生产工艺：电弧炉冶炼→LF炉精炼→真空脱气→矩形坯连铸→小方坯轧制→高速线材控轧控冷轧制，其中线材轧制时，控制加热温度1050～1150℃、开轧温度970～1100℃、终轧温度910～980℃、吐丝温度780～880℃，线材组织为细小均匀的索氏体组织。

3.根据权利要求1所述的一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢的热处理方法，其特征是，所述弹性卡环加工路线：线材拉拔→退火→冷轧→弯圈→冲孔型和圈型→淬火→圈型校正→回火→表面处理，采用球化退火，淬火温度为880±20℃，回火温度440±30℃。

4.根据权利要求3所述的一种具有优良耐蚀性能的高强度弹性卡环用钢的热处理方法，其特征是，所述高强度弹性卡环用钢的成品卡环硬度范围55HRC-58HRC，其周浸试验相对腐蚀率≤53％，盐雾试验相对腐蚀率≤50％。