CN112962034B - 一种弹簧钢丝、拉伸弹簧和拉伸弹簧的加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及弹簧制备工艺领域，具体涉及一种弹簧钢丝、拉伸弹簧和拉伸弹簧的加工方法。一种弹簧钢丝，包括合金弹簧主钢丝和微量元素，所述微量元素选用Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种，微量元素的添加量为合金弹簧主钢丝质量的0.06‑0.2%。本申请采用向60Si₂MnA中加入含有Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种的微量元素制备的弹簧钢丝，拉伸强度和弯曲疲劳循环次数可以同时提高，从而降低垂向减震器组件用弹簧的磨损，提高使用寿命，不易产生变形断裂，安全性能较高。

Description

一种弹簧钢丝、拉伸弹簧和拉伸弹簧的加工方法

技术领域

本申请涉及弹簧制备工艺领域，具体涉及一种弹簧钢丝、拉伸弹簧和拉伸弹簧的加工方法。

背景技术

目前，在各种车辆、船舶、航空、机电、工业装备等行业，不可避免的要用到垂向减震组件来进行减震。减震组件内通常都能用到弹簧，弹簧的主要功能是控制机构的运动或零件的位置，缓冲减震。弹簧综合性能的好坏是由其内因和外因共同决定的，弹簧的材质决定其内因，载荷、尺寸精度决定其外因。

弹簧是由弹簧钢丝按螺旋线原理制成的。弹簧钢丝是制备弹簧、板簧等弹性元件的原材料，因弹簧是在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢丝具有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。不仅在工艺上要求弹簧钢丝有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等特性，且弹簧钢丝的材质是限制垂向减震器组件性能的关键因素。

而目前使用材质为60Si2CrVA或60Si2MnA的弹簧钢丝制成的垂向减震器组件，由于60Si2CrVA或60Si2MnA等弹簧钢丝的拉伸强度不高、弯曲疲劳循环次数较低，垂向减震器组件用弹簧存在较严重的磨损，使用寿命较短，易产生变形断裂，安全性能较低。

发明内容

为提高弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数，本申请提供一种弹簧钢丝、拉伸弹簧和拉伸弹簧的加工方法。

第一方面，本申请提供一种弹簧钢丝，采用如下技术方案实现：

一种弹簧钢丝，包括合金弹簧主钢丝和微量元素，所述微量元素选用Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种，微量元素的添加量为合金弹簧主钢丝质量的0.06-0.2％。

通过采取上述技术方案，本申请采用含有Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种的微量元素，可以同时提高弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数，从而降低垂向减震器组件用弹簧的磨损，提高使用寿命，不易产生变形断裂，安全性能较高。

优选的，所述合金弹簧主钢丝为60Si2MnA。

通过采取上述技术方案，本申请采用60Si2MnA作为合金弹簧主钢丝，并加入Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种的微量元素，不仅显著提高了弹簧钢丝的拉伸强度，还能提高弹簧钢丝的弯曲疲劳循环次数。

优选的，所述微量元素为Nb、Mo、Ru的混合物。

通过采用上述技术方案，本申请采用Nb、Mo、Ru三种微量元素可以进一步提高弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数。

优选的，所述Nb、Mo、Ru的质量比为(0.01-0.04):(0.02-0.08):(0.03-0.12)；更优选的，所述Nb、Mo、Ru的质量比为0.025:(0.035-0.065):(0.05-0.1)；最优选的，所述Nb、Mo、Ru的质量比为0.025:0.05:0.075。

通过采用上述技术方案，本申请调节Nb、Mo、Ru三种微量元素的含量，可以调节对弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数的影响，其中，Nb、Mo、Ru的质量比为0.025:0.05:0.075时弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数同时达到最优。

优选的，所述弹簧钢丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)将合金弹簧主钢丝加入电炉，在1600-1650℃熔化，得钢水；

(2)将微量元素在2250-2650℃下熔融，得熔融金属或融合后的中间合金；

(3)将熔融金属或融合后的中间合金加入钢水中，混合均匀后加入连铸结晶器进行连铸操作，得连铸坯；

(4)用棒线材轧钢机对连铸坯进行开坯，退火酸洗后得到坯料；

(5)将坯料烘干后进行拉丝至直径为60-80mm，再用中性清洗液清洗并烘干，后进行淬火、回火操作，得粗钢丝；

(6)将粗钢丝再次拉丝至直径为35-45mm，收线，得弹簧钢丝。

通过采用上述技术方案，本申请制备的弹簧钢丝，不易导致弹簧钢丝变形断裂，有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等特性，成本低、危险系数小等优点。

第二方面，本申请提供一种拉伸弹簧，采用如下的技术方案：

一种拉伸弹簧，包括拉伸弹簧中部螺旋体和和设于所述拉伸弹簧中部螺旋体两端的钩环，所述拉伸弹簧中部螺旋体和钩环均采用上述弹簧钢丝作为弹簧材料。

通过采用上述技术方案，本申请提供的拉伸弹簧，适合垂向减震器组件，使用寿命长，磨损小，安全性高。

优选的，所述拉伸弹簧中部螺旋体的圈数为15-20；更优选的，所述拉伸弹簧中部螺旋体的圈数为17。其中，圈数既代表有效圈数，也代表总圈数，即，有效圈数和总圈数均为17。

优选的，所述钩环的内直径为170-180mm；更优选的，所述钩环的内直径为175mm。

优选的，所述钩环的外直径与拉伸弹簧中部螺旋体的线圈方向长度相同。

第三方面，本申请提供一种拉伸弹簧的加工方法，采用如下的技术方案：

一种拉伸弹簧的加工方法，包括如下步骤：

S1、选料；

S2、用达克罗对选好的弹簧钢丝进行表面缺陷处理；

S3、探伤；

S4、加热条件下绕制成拉伸弹簧中部螺旋体成型品和一体成型的钩环成型品，得拉伸弹簧成型品；

S5、淬火处理；

S6、回火处理；

S7、磁粉探伤；

S8、加荷试验；

S9、检验；

S10、喷丸处理；

S11、表面进行一次铁红底漆处理和二次中灰面漆涂装处理，得拉伸弹簧。

通过采用上述技术方案，本申请提供的拉伸弹簧的加工方法，工艺简单，容易操作，生产成本低，且制备的拉伸弹簧承载能力强，刚度高、力学性能好，几乎无裂纹，适合用于垂向减震器组件。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用向60Si2MnA中加入含有Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种的微量元素制备的弹簧钢丝，拉伸强度和弯曲疲劳循环次数可以同时提高，从而降低垂向减震器组件用弹簧的磨损，提高使用寿命，不易产生变形断裂，安全性能较高。

2、本申请采用Nb、Mo、Ru三种微量元素，并控制三者的含量，可以进一步提高弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数。

3、本申请制备的弹簧钢丝，其制备工艺有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等特性，成本低、危险系数小等优点。

4、本申请提供的拉伸弹簧的加工方法，工艺简单，容易操作，生产成本低，且制备的拉伸弹簧承载能力强，刚度高、力学性能好，几乎无裂纹，适合用于垂向减震器组件。

附图说明

图1为本申请所述拉伸弹簧的主视图；

图2为本申请所述拉伸弹簧的侧视图；

附图标记说明：1、拉伸弹簧中部螺旋体；2、钩环。

具体实施方式

以下结合制备例、实施例和附图对本申请作进一步详细说明。

本申请的60Si2MnA、60Si2CrVA购买自上海哲蔚金属集团有限公司；

本申请的EAF-炼钢电弧炉购买自西安秦东冶金设备制造有限责任公司；

本申请的连铸结晶器购买自安阳市金龙冶金机械有限责任公司；

本申请的用棒线材轧钢机购买自巩义市恒旭机械制造有限公司；

本申请的中性清洗液的型号为JH-1292，购买自常州君合科技股份有限公司；

本申请的淬火炉的型号为RJ2，购买自常州博纳德热处理系统有限公司；

本申请的达克罗涂液购买自荆州亚新金属制品有限公司；

本申请的滚动加热炉的型号为GRL-5，购买自肯测仪器(上海)有限公司；

本申请的卷簧机的型号为YF-8545，购买自浙江银丰自动化科技有限公司；

本申请的德国Kellar远红外测温仪购买自北京汇德信科技有限公司；

本申请的箱式电炉的型号为LK-QA，购买自洛阳格利斯实验电炉；

本申请的CJW-1000型交流磁粉探伤机购买自射阳宏旭探伤机制造有限公司；

本申请的KZP旋转吊钩式喷丸清理机购买自青岛淳九机器控股有限公司；

本申请的大庆环氧铁红底漆购买自郑州顺威涂料有限公司；

本申请的环氧中灰面漆购买自天津市环球特种涂料有限公司。

制备例

制备例1-12提供了一种弹簧钢丝，以下以制备例1为例进行说明。

制备例1提供的弹簧钢丝，其制备步骤为：

(1)将100kg 60Si2MnA加入EAF-炼钢电弧炉，在1600℃熔化2h，得钢水；

(2)将0.01kg铌、0.02kg钼和0.03kg钌在2620℃下熔融2h，得融合后的中间合金；

(3)将融合后的中间合金加入钢水中，保持2620℃，混合均匀30min，后加入连铸结晶器，拉坯速度为3.5m/min，得连铸坯；

(4)用棒线材轧钢机对连铸坯进行开坯，在750℃退火3min后，用10L 0.1mol/L的硫酸清洗，得坯料；

(5)将坯料烘干后进行拉丝至直径为60mm，再用10kg中性清洗液清洗并烘干，后置于淬火炉中在880℃淬火5min，进行倒立式收线后置于井式退火炉中在500℃回火60min，得粗钢丝；

(6)将粗钢丝再次拉丝至直径为35mm，收线，得弹簧钢丝。

制备例2-7，同制备例1，不同之处仅在于：所述微量元素不同，具体见表1。

表1

制备例8-9，同制备例1，不同之处在于：所述微量元素不同(见表1)，微量元素的熔化温度由2620℃替换为2250℃，步骤(3)中保持温度由2620℃替换为2250℃。

制备例10-11，同制备例3，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝的制备工艺参数不同，具体见表2。

表2

工艺参数	制备例3	制备例10	制备例11
				合金弹簧主钢丝熔化温度	1600℃	1650℃	1625℃
坯料拉丝后直径	60mm	80mm	70mm
				粗钢丝拉丝后直径	35mm	45mm	40mm

制备例12，同制备例3，不同之处仅在于：所述60Si2MnA替换为60Si2CrVA。

制备对比例

制备对比例1，同制备例9，不同之处仅在于：所述微量元素的组成为：0.075kg钌。

制备对比例2，同制备例9，不同之处仅在于：所述微量元素的组成为：0.025kg镍。

实施例

实施例1-14提供了一种拉伸弹簧，以下以实施例1为例进行说明。

实施例1提供的拉伸弹簧，参照图1和图2，包括拉伸弹簧中部螺旋体1和设于所述拉伸弹簧中部螺旋体1两端的钩环2；所述拉伸弹簧中部螺旋体1的圈数为15，拉伸弹簧中部螺旋体1的线圈方向长度为240mm，钩环2的外直径为240mm，钩环2的内直径为170mm；

所述拉伸弹簧的加工步骤为：

S1、选用氢含量≤1ppm，化学成份和机械性能满足GB/T1222标准要求，尺寸偏差满足GB/T702标准中较高精度的标准的制备例1制备的弹簧钢丝；

S2、向选好的弹簧钢丝表面涂覆达克罗涂液，涂覆量为0.2g/cm3，涂覆均匀后烘干，得表面缺陷处理后的弹簧钢丝；

S3、用频率为25000Hz的超声波对表面缺陷处理后的弹簧钢丝进行探伤，除去有裂纹缺陷的钢丝，得探伤合格的弹簧钢丝；

S4、将探伤合格的弹簧钢丝置于滚动加热炉加热至1000℃并保温2h，用卷簧机对保温后的钢丝绕制成拉伸弹簧中部螺旋体1和一体成型的钩环2，得拉伸弹簧成型品；其中，拉伸弹簧中部螺旋体1在热卷时每圈之间无间距，圈数为15，拉伸弹簧中部螺旋体1的线圈方向长度为240mm；钩环2的外直径为240mm，钩环2的内直径为170mm；

S5、用德国Kellar远红外测温仪对拉伸弹簧成型品监控至温度为830℃，后置于15wt％的氯化钠水溶液进行淬火，淬火时间为40s，从15wt％的氯化钠水溶液中取出拉伸弹簧成型品，得淬火后的拉伸弹簧；

S6、对淬火后的拉伸弹簧进行硬度测试，选择HRC硬度值为60的淬火后的拉伸弹簧，置于箱式电炉中，加热至500℃，进行回火5h，后进行空冷，检验硬度，选择HRC硬度值为50，屈服强度为1700MPa，伸长率为7％的回火后的拉伸弹簧，得回火合格的拉伸弹簧；

S7、用CJW-1000型交流磁粉探伤机对回火合格的拉伸弹簧进行探伤，选择无裂纹的回火合格的拉伸弹簧，得磁粉探伤合格的拉伸弹簧；

S8、对磁粉探伤合格的拉伸弹簧进行加荷试验，负荷试验P1＝270088N±5％，P2＝382200N±5％，试验时间为24h，选择符合QJ1787-89条件的磁粉探伤合格的拉伸弹簧，得加荷试验合格的拉伸弹簧；

S9、对加荷试验合格的拉伸弹簧进行刚度测试，选择刚度为149.6±5％N/mm的加荷试验合格的拉伸弹簧，得检验合格的拉伸弹簧；

S10、对检验合格的拉伸弹簧置于KZP旋转吊钩式喷丸清理机进行喷丸处理，丸粒直径为1.2mm，喷丸时间为20min，表面覆盖率100％，喷丸强度为0.45A，得喷丸后的拉伸弹簧；

S11、对喷丸后的拉伸弹簧表面进行一次大庆环氧铁红底漆处理和二次中灰面漆涂装处理，每次涂装量为0.1g/cm³，得拉伸弹簧。

实施例2-9，同实施例1，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝不同，具体见表3。

表3

实施例10，同实施例3，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝由制备例3制备的弹簧钢丝替换为制备例10制备的弹簧钢丝；所述S4步骤中拉伸弹簧中部螺旋体成型品的线圈方向长度由240mm替换为260mm，钩环成型品的外直径由240mm替换为260mm。

实施例11，同实施例3，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝由制备例3制备的弹簧钢丝钢丝；且所述S4步骤中拉伸弹簧中部螺旋体成型品的线圈方向长度由240mm替换为250mm，钩环成型品的外直径由240mm替换为250mm。

实施例12，同实施例3，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝由制备例3制备的弹簧钢丝替换为制备例12制备的弹簧钢丝。

实施例13-14，同实施例11，不同之处仅在于：所述S4步骤中拉伸弹簧中部螺旋体成型品和钩环成型品的尺寸参数不同，具体见表4。

表4

对比例

对比例1，同实施例9，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝由制备例9制备的弹簧钢丝替换为制备对比例1制备的弹簧钢丝。

对比例2，同实施例9，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝由制备例9制备的弹簧钢丝替换为制备对比例2制备的弹簧钢丝。

对比例3，同实施例9，不同之处仅在于：所述弹簧钢丝由制备例9制备的弹簧钢丝替换为60Si2MnA。

性能检测试验

针对本申请制备例1-12、制备对比例1-2提供的弹簧钢丝和60Si2MnA，进行如下的性能检测。

1、拉伸强度：采用GB/T 10573-1989的标准，测试制备例1-12、制备对比例1-2所述弹簧钢丝和60Si2MnA的拉伸强度，每个样品均测试3次，取平均值，测试结果见表5。

2、弯曲疲劳循环次数：采用GB/T 12347-2008的标准，测试制备例1-12、制备对比例1-2所述弹簧钢丝和60Si2MnA的弯曲疲劳循环次数，每个样品均测试3次，取平均值，测试结果见表5。

表5

以下结合表5提供的检测数据，详细说明本申请。

从本申请制备例1-9和制备对比例1-2可知，本申请采用含有Nb、Mo、Ru、Rh、Co、Ni中的两种或多种的微量元素，可以同时提高弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数；采用Nb、Mo、Ru三种微量元素可以进一步提高弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数；同时调节Nb、Mo、Ru三种微量元素的含量，可以调节对弹簧钢丝的拉伸强度和弯曲疲劳循环次数的影响，其中，实施例3对应的Nb、Mo、Ru含量相对较优。

从本申请制备例3、12可知，本申请采用60Si2MnA作为合金弹簧主钢丝，并加入Nb、Mo、Ru三种微量元素，不仅显著提高了弹簧钢丝的拉伸强度，还能提高弹簧钢丝的弯曲疲劳循环次数；而采用60Si2CrVA作为合金弹簧主钢丝，并加入Nb、Mo、Ru三种微量元素，只能提高弹簧钢丝的拉伸强度，但弯曲疲劳循环次数却明显降低。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种弹簧钢丝，其特征在于，包括合金弹簧主钢丝和微量元素；

所述合金弹簧主钢丝为60Si2MnA；

所述弹簧钢丝的制备步骤为：

（1）将100kg60Si₂MnA加入EAF-炼钢电弧炉，在1600℃熔化2h，得钢水；

（2）将0.025kg铌、0.05kg钼和0.075kg钌在2620℃下熔融2h，得融合后的中间合金；

（3）将融合后的中间合金加入钢水中，保持2620℃，混合均匀30min，后加入连铸结晶器，拉坯速度为3.5m/min，得连铸坯；

（4）用棒线材轧钢机对连铸坯进行开坯，在750℃退火3min后，用10L0.1mol/L的硫酸清洗，得坯料；

（5）将坯料烘干后进行拉丝至直径为60mm，再用10kg中性清洗液清洗并烘干，后置于淬火炉中在880℃淬火5min，进行倒立式收线后置于井式退火炉中在500℃回火60min，得粗钢丝；

（6）将粗钢丝再次拉丝至直径为35mm，收线，得弹簧钢丝。

2.一种拉伸弹簧，包括拉伸弹簧中部螺旋体（1）和设于所述拉伸弹簧中部螺旋体（1）两端的钩环（2），其特征在于，所述拉伸弹簧中部螺旋体（1）和钩环（2）均采用权利要求1中所述的弹簧钢丝作为弹簧材料。

3.根据权利要求2所述的一种拉伸弹簧，其特征在于，所述拉伸弹簧中部螺旋体（1）的圈数为15-20。

4.根据权利要求2所述的一种拉伸弹簧，其特征在于，所述钩环（2）的内直径为170-180mm。

5.根据权利要求4所述的一种拉伸弹簧，其特征在于，所述钩环（2）的外直径与拉伸弹簧中部螺旋体（1）的线圈方向长度相同。

6.权利要求2-5中任一项所述的一种拉伸弹簧的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选料；

S2、用达克罗对选好的弹簧钢丝进行表面缺陷处理；

S3、探伤；

S4、加热条件下绕制成拉伸弹簧中部螺旋体（1）和一体成型的钩环（2），得拉伸弹簧成型品；

S5、淬火处理；

S6、回火处理；

S7、磁粉探伤；

S8、加荷试验；

S9、检验；

S10、喷丸处理；

S11、表面进行一次铁红底漆处理和二次中灰面漆涂装处理，得拉伸弹簧。

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