[發(fā)明專利]一種超高強度彈簧鋼及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310583654.0
• 申請日: 2023-05-23
• 公開（公告）號: CN116657039A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 馮以盛;許榮福;孫剛;張云山
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學;山東聯(lián)美彈簧有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/00;C22C33/04;C21D8/06
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 牛芳

本發(fā)明提供了一種超高強度彈簧鋼，化學成分包括：C?0.45?0.60%，Si?0.15?0.35%，Mn?6.0?12.0%，Al?1.0?3.0%，Cr?0.30?0.50%，Mo?0.10?0.25%，V?0.10?0.50%，Nb?0.025?0.04%，N?0.005?0.015%，Pb≤0.03%，Sn≤0.03%，Zn≤0.03%，Sb≤0.03%，Bi≤0.03%，Osubgt;2/subgt;≤15ppm，Hsubgt;2/subgt;≤15ppm；S≤0.02%，P≤0.02%，Cu≤0.2%，Ni≤0.35%，余量為鐵和不可避免的雜質。該彈簧鋼機械強度高、延伸率大、斷面收縮率高、抗疲勞性能好，適用于減重少片簧的制造生產。

技術領域

本發(fā)明屬于特種鋼生產技術領域，具體涉及一種超高強度(2GPa)彈簧鋼及其制備方法。

背景技術

彈簧與螺栓、齒輪構成機械的三大基礎零件，其品種繁多，廣泛應用于汽車行業(yè)、機械裝備、輕工業(yè)、電力行業(yè)、航空航天、軌道交通等行業(yè)。彈簧作用極為重要，在各類機械裝備中起著緩沖、減震、儲能、連接、支撐、傳力等各種復雜工作狀態(tài)的作用，其良好的綜合服役性能是機械裝備安全運行的基礎，彈簧質量水平的提高是保障機械裝備主機性能提高的先決條件。彈簧在周期性的彎曲和扭轉等交變應力下工作，經受拉、壓、扭轉、沖擊、疲勞和腐蝕等多種作用，有時要在十分惡劣和復雜的工作環(huán)境下工作，如高溫、低溫、腐蝕、靜載荷等等。近年來，隨著汽車和軌道交通等行業(yè)的飛速發(fā)展，為節(jié)約能源和資源，汽車和軌道交通的輕量化設計等對彈簧減重的需求越來越迫切，超高強度彈簧的需求日益增加。但是，目前國內彈簧鋼的強度僅為1350MPa左右，嚴重制約了新能源汽車的發(fā)展以及各類汽車的減重減排，無法滿足高性能、高速發(fā)動機的發(fā)展需求，尤其是航空、航天等領域的發(fā)展需求。發(fā)展超高強度、高延伸率、高斷面收縮率和抗疲勞性能等高性能彈簧鋼，將是提高我國高端裝備零部件自主配套能力、有效替代進口的必然趨勢。

在全球高性能彈簧鋼研發(fā)及生產領域，日本神戶制鋼等行業(yè)巨頭引領全球彈簧鋼的發(fā)展。我國彈簧產品規(guī)模大、門類多，但在高端彈簧產品市場份額少，即我國彈簧行業(yè)的產業(yè)結構長期以來形成了低檔普通彈簧供過于求、高檔產品（高強度、高應力、異性件、特種材料）供不應求的被動形勢。彈簧產品已經不能完全滿足高端裝備制造業(yè)的發(fā)展需要，轎車用懸架簧、氣門彈簧、離合器彈簧以及機車、機械、電力、軍工等行業(yè)用高級彈簧仍需要進口。此外，目前我國彈簧產品的性能與國外同類產品也有一定差距，如彈簧的負荷精度、垂直度精度等方面都存在差距，集中反映在性能不穩(wěn)定、有些重要質量指標離散性大、使用壽命不穩(wěn)定，特別是當主機要求彈簧在高速、高應力工況下工作時，矛盾更為突出。

彈簧鋼按化學成分，分為非合金彈簧鋼（碳素彈簧鋼）和合金彈簧鋼。目前，各個國家用的彈簧主要為0.3-0.9wt.%含碳量的優(yōu)質碳素鋼以及含Cr-Si、含Cr-Mn、含Si-Mn、含Cr-V等合金成分體系的合金彈簧鋼。碳素彈簧鋼主要用于制作渦卷彈簧和片彈簧等彈簧，而其他大部分彈簧如懸架彈簧和氣門彈簧等都是用的合金彈簧鋼。Si-Mn系彈簧鋼具有較好的抗彈性減退性能，且生產成本較低，成為我國主要的彈簧鋼生產體系。然而，Si-Mn彈簧鋼也存在一定的問題，其在熱處理時彈簧鋼表面容易脫碳，而且淬透性不足等問題限制了其發(fā)展。在國外，大多數(shù)國家使用的Cr-Mn系和Cr-V系合金鋼來制備彈簧鋼，其原因就是這兩個系的合金彈簧鋼在熱處理時具有較好的淬透性且彈簧鋼表面不容易脫碳。各個國家都在以上體系基礎上進一步研發(fā)所需要的性能更好彈簧鋼，其主要思路還是添加Mo、W、V等合金元素，其主要目的還是提高彈簧鋼的淬透性，細化晶粒，減小晶粒尺寸，從而達到改善彈簧鋼組織和性能的目的。