专利名称：一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢的制作方法
技术领域：
本发明属于合金钢的技术领域，是一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢。
背景技术：
目前，汽车自身减重要求汽车弹簧的重量减少。采用高强度，高韧性弹簧钢；加工成变截面弹簧扁钢；用一至三片变截面弹簧扁钢构成弹簧总程；取代多片平面弹簧扁钢总程是当前汽车工艺技术发展的方向。火车运行的速度在不断提高，目前的时速已达250～500公里；为了确保高速运行的安全，火车的转向架，缓冲器用弹簧钢，要求强度达到1800～2300Mpa，面缩率达到45～55％以上；当前，按弹簧钢的强度划分，强度在1000～1300Mpa的钢种有55Si2MnB，60Si2Mn，55CrMn，60CrMn，50CrV，60CrMnB；强度在1300～1500Mpa的钢种有55SiMnVB，30W4Cr2V，60CrMnMo；强度在1800～2000Mpa的钢种有60Si2Cr，60Si2CrV，但是这两个高强度弹簧钢的延伸率只有6％，面缩率只有20％。不具备高塑韧性的特点。专利ZL98113532.3提出的38SiMnVB轿车悬掛簧用高强度，高塑性弹簧钢强度在1800～2033Mpa，面缩率有44～54％。这个钢应用于厚度小于12mm的变截面弹簧钢板，直径小于20mm的圆簧，得到了满意的效果例如轿车用7mm乘80mm的变截面扁簧，台架疲劳寿命考核，采用930Mpa高应力，台架疲劳寿命均超过25万次。8～14mm直径的圆簧用于轿车悬挂簧，采用1030Mpa高应力，台架疲劳寿命超过40万次。但是，中型和大型客车，中重型工程用汽车所用的变截面扁簧的截面规格大；火车，地铁用的圆簧的截面规格大。38SiMnVB的试用效果不好。例如，7吨卡车的变截面扁簧的尺寸为24mm乘100mm，采用900Mpa高应力进行台架疲劳寿命考核，台架疲劳寿命为8～10万次。达不到15万次的要求。对28mm乘90mm和38mm乘81mm的变截面扁簧，台架疲劳寿命更低，甚至在台架疲劳正式试验前对变截面扁簧施加预应力时，多次出现脆性断裂。火车缓冲器用的32mm圆簧，在1000Mpa高剪切应力下，疲劳寿命为16万次，达不到80万次的要求。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有技术钢种制造中重型工程车辆减振弹簧、火车用转向架、缓冲器弹簧使用寿命短，性能不可靠，特别是不能满足火车提速要求的问题，提供一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢。
本发明钢的化学成分为(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，Mn 1.30～2.20，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，Cr＜1.00，N＜0.008，S＜0.015，O＜20ppm，余量为Fe及不可避免的杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)合金总量控制在1.60～2.60，B为用5N(当量)硫磷酸溶样分析的硼含量。
本发明中当Mn＝1.30～1.60时，Cr取0.14～1.00，钢的其它组分(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，N＜0.008，S＜0.015，O＜20ppm。
本发明中当Mn＝1.60～2.20时，Cr不再是添加元素，钢的其它组分(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，N＜0.008，S＜0.015，O＜20ppm。
本发明提出的高强度、高韧性弹簧钢能使大截面弹簧扁钢的台架疲劳寿命在930Mpa的高应力下达到25万次，大截面圆簧在1000Mpa高剪切应力下，疲劳寿命达到80万次的要求。本发明特别适用于制造24-60mm厚的扁簧，直径25-100mm的圆簧。
本发明相对现有技术具有如下进步 1.本发明钢的淬透性高，淬火时能将大截面弹簧钢淬透，保障大截面弹簧扁钢和圆钢具有高强度，高塑性，高疲劳寿命。
专利ZL98113532.3提出的38SiMnVB钢是为小截面的轿车悬挂簧用钢设计的成分，弹簧截面小，心部冷却速度快；钢不需要有太高的淬透性，钢的心部淬火硬度就可达到55-57HRC的最佳值；回火后，具有高强、高塑韧、高疲劳寿命的特性。专利ZL98113532.3强调钢的成分不含Cr等贵重元素，Mn含量1.1～1.6％。当采用残余Cr，Ni，Mo含量很低的废钢炼钢时；当采用铁水，用转炉-真空精炼-连铸工艺炼钢时，Cr，Ni，Mo，W残余含量常常接近零，在这种情况下，按钢的中线成分测算；(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)约等于1.35％，钢的半马氏体区距淬火末端的距离为12mm；只能适用于直径小于20mm的圆钢(例如8～14mm直径的圆簧用于轿车悬挂簧)，厚度小于12mm的扁钢(例如轿车用7mm乘80mm的变截面扁簧)。既便Mn按1.3～1.6％的中上线成分控制，当Cr，Mo，Ni残余元素含量接近零时；(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.45％；钢的半马氏体区距淬火末端的距离为15mm。也只能适用于直径小于23mm的圆钢，厚度小于16mm的扁钢。在生产轻型工程车用19mm乘70mm的变截面扁簧时，(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)的总量由1.35％提高到1.62％(添加Cr到0.13％，其余的合金元素按中上限控制)，钢的半马氏体区距淬火末端的距离为24.3mm；采用930Mpa高应力，台架疲劳寿命均超过25万次。如果不突破专利ZL98113532.3技术方案的限制；采取提高合金含量，提高淬透性的措施；不可能达到这样的水平。对于直径32～90mm的大截面圆簧，24～60mm厚的大截面变截面簧，要求的合金比更高，钢的淬透性更高。由于该专利设计钢的合金比太低，钢的淬透性太低；用于生产大截面弹簧时，钢的的心部淬火金相显微组织中常会有大量的上贝氏体；淬火硬度低。这时，不仅钢的强度达不到1800～2033Mpa的水平，钢的塑性，韧性也非常差，弹簧的疲劳寿命会很低。例如81mm宽，38mm厚的大截面弹簧钢，采用油淬火，钢的心部淬火硬度只有43HRC；采用水淬火，钢的心部淬火硬度只有47HRC；远低于小截面弹簧心部的淬火硬度。这是该技术方案不能应用于大截面弹簧的根本原因。要使大截面弹簧也像小截面的轿车悬挂簧一样，钢的心部淬火硬度达到55-57HRC的最佳值；回火后，具有高强、高塑韧、高疲劳寿命的特性；必需突破专利ZL98113532.3技术方案的限制，采取提高合金含量，提高淬透性的措施一是保持原专利Mn＝1.10～1.60％不变，提高Cr，Mo，w，Ni元素的含量；或者只将锰含量提高到Mn＝1.6～2.3％，不考虑添加Cr，Mo，w，Ni元素；三是概括这两种方法，以控制锰含量为主加元素，以其他合金元素含量为补充；控制(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.60～2.60％；的合金总量。
本发明提出的技术方案将C(碳)含量的中线从0.38％；提高到0.40％；(下限从0.34％；提高到0.37％；)；将Mn含量从1.10～1.60％；提高到1.3～2.2％；，Cr含量上限提高到1.0％；本技术方案的发明点在于特别规定(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.60～2.60％；；这样规定，是要求炼钢时，如果钢中的Cr，Mo，w，Ni残余含量过高；可以相应减少Mn合金的加入量。如果在考虑Cr，Mo，w，Ni残余含量之後，合金总量仍比期望值低，只提高锰合金的加入量。与专利ZL98113532.3技术方案相比，本技术方案将合金总量由1.10～1.60％提高到1.60～2.60％。金相观察显示当弹簧心部淬火硬度低于53HRC时，贝氏体组织开始出现。C与合金比的提高使钢的淬透性提高。钢的末端淬火实验，按本技术方案的中线成分测算，半马氏体区距淬火末端的距离为77.4mm。本发明提出的技术方案将直径25mm～100mm大截面弹簧圆钢和厚度20mm～60mm的大截面扁钢的心部淬火硬度从43HRC提高到53～57HRC。心部的马氏体含量不低于80％。消除了使钢变脆的上贝氏体组织，得到了所期望的马氏体组织。C含量为0.40的马氏体组织经280～380℃回火，具有很高的强度与塑韧性，大截面弹簧的台架疲劳寿命高。克服了专利ZL98113532.3技术方案所存在的缺陷。
2.按本发明提出的技术方案大批量生产汽车弹簧，产品的性能稳定 大批量生产含B硼钢，淬透性不稳定；机诫性能不稳定是普遍存在的问题；例如对比美国的汽车用H钢标准，美国的含B钢的淬透性带的宽度普遍比不含B的钢的淬透性带宽。本发明经长期研究得出硼的碳化合物及固溶态硼对钢的淬透性有效，硼的氮化物及氧化物对钢的淬透性无效。采用5N浓度的硫磷酸溶样，分析的硼，其中有95％为有效硼，5％为无效硼。如果采用光谱分析，则对硼的有效和无效成份不能有选择的显示。当有效硼的含量大于0.0015％时，硼对钢的淬透性的有效倍率为一常数。当有效硼的含量小于0.0015％时，硼对钢的淬透性的有效倍率为一变数；其变化的速率很大。因此，当有效硼的含量小于0.0015％时，钢的淬透性和机诫性能极不稳定。目前，用光谱硼分析指导炼钢，对硼的下限定在0.0005％正是大批量生产含B钢，淬透性、机诫性能不稳定的原因所在。本发明提出的技术方案的第二个发明点在于，规定用5N浓度的硫磷酸溶样分析硼，还规定硼的下限为0.0015％，消除了硼的不稳定因素；因此按本发明提出的技术方案大批量生产汽车弹簧，产品的性能稳定。如果美国生产含B钢也采用本专利提出的技术方案，含B钢与不含B钢的淬透性带的宽度将不会有任何差别。专利ZL98113532.3既没规定有效硼的分析方法，又将硼含量的下限定的太低；产品的机械性能，疲劳性能不稳定。例如当钢的C＝0.40，Mn＝1.47，Cr＝0.13，Si＝1.00，，Ni＝0.01，Mo＝0.01，w＝0.01，Cu＝0.15时；如果钢中的有效B含量大于或等于0.0015时，用于生产直径为32mm的铁路圆簧时，用水淬火，钢的心部淬火硬度可达到53～54HRC，经330℃回火，回火硬度51HRC；采用1000Mpa的剪应力进行弹簧的疲劳实验，可达到80万次。如果钢中的B是无效硼，弹簧心部淬火硬度将降低到45HRC，回火后高强、高韧的特性丧失，疲劳寿命也会大幅度下降。将硼合金加入到钢液中，最后钢材中的硼是有效含量，还是无效含量？完全取决于炼钢工人还原工艺的操作水平。必须采用能显示有效硼的检测方法对生产过程进行监控，才能保证大批量生产质量的稳定性。专利ZL98113532.3没有规定有效硼的分析方法，目前许多钢厂仍采用光谱仪分析B；对生产过程不能进行有效的检控，产品的质量不可能稳定。
3.按本发明提出的技术方案大批量生产汽车弹簧，不会出现晶粒粗大和混晶问题 晶粒粗大和混晶问题同样会造成脆性断裂，降低疲劳寿命。当钢中的残余钛含量大于0.04％，钢的轧(锻)温度高于1250℃时，钢的本质晶粒度稳定在6-8级的水平，两个条件缺一不可。本发明规定Ti＝0.04-0.12％。专利ZL98113532.3对钛含量没有明确规定；生产汽车弹簧，经常出现晶粒粗大和混晶问题；疲劳寿命低。例如按本发明，钢的C＝0.40，Mn＝1.47，Cr＝0.13，Si＝1.00，，Ni＝0.01，Mo＝0.01，w＝0.01，Cu＝0.15时，Ti＝0.063％，V＝0.10。用于生产直径为32mm的铁路圆簧，1100℃感应加热，绕簧后直接用水淬火，经330℃回火，采用1000Mpa的剪应力进行弹簧的疲劳实验，可达到80万次，疲劳断口呈现为明显的细晶韧性断口。簧的晶粒度为5～7级。按专利ZL98113532.3生产的一炉钢，其它成份与本发明钢极相似，钢的C＝0.40，Mn＝1.46，Cr＝0.14，Si＝0.98，，Ni＝0，Mo＝0，w＝0.01，Cu＝0.12；只是钢中的钛含量小于0.02％，V＝0.08％；用相同的工艺生产直径为32mm的铁路圆簧时，采用1000Mpa的剪应力进行弹簧的疲劳实验，寿命降到16万次。疲劳断口呈现为明显的粗晶脆性断口。簧的晶粒度为3-4级。为了消除粗大晶粒，将该炉钢感应加热绕簧后空冷，再退火空冷，再加热水淬；用多次重结晶的方法细化晶粒，达到6级之后；再在950Mpa的剪应力下进行弹簧的疲劳实验，寿命恢复到93万次。按本发明提出的技术方案大批量生产火车弹簧，生产工艺比专利ZL98113532.3简单；1100℃感应加热，绕簧后可直接用水淬火，不会出现晶粒粗大和混晶问题，疲劳寿命高。
4.发明钢与高碳弹簧钢相比缺口敏感性明显降低 当前，国内外弹簧钢的主流产品是含碳量为0.60％与0.50％的弹簧钢。含碳量为0.60％与0.50％的弹簧钢，最大的问题是当钢的强度达到1800～2300Mpa时，弹簧钢的塑性低，在这样高的强度下，面缩率只有20-30％；由于高碳量弹簧钢的塑性低，弹簧在进行疲劳试验时，疲劳裂纹的扩张速度很快，并对钢材的表面缺陷，钢材中的脆型夹渣非常敏感；钢材表面的微小裂纹，暴露在钢材表面的脆性夹渣物，都可能成为疲劳源，导致弹簧的早期疲劳断裂；钢材的缺口敏感性很高。由于这样的原因，弹簧钢的生产通常要求钢中的氧含量(氧化物夹渣为脆性夹渣)小于15ppm，钢材表面缺陷清理要达到银亮的程度。因此重要用途的弹簧钢的制造成本很高，钢材的价格昂贵。既便这么严格的控制钢材的质量，在国家质检部门对铁路客货车转向架，缓冲器弹簧质量进行抽检时，仍有不少产品不能合格。本技术方案与含碳量为0.60％与0.50％的弹簧钢相比，最大的优点是当钢的强度达到1800～2300Mpa时，弹簧钢仍具有高塑性的特性，面缩率有40～50％。弹簧钢在进行疲劳试验时，裂纹的扩张速度慢，对钢材的表面缺陷，钢材中的脆型夹渣不敏感。因此，既便是钢中的氧含量不是太低，钢材表面缺陷清理得不太彻底，也不会对弹簧的疲劳寿命产生明显影响。例如32mm圆38SiMnVB钢(表面未进行银亮清理)1000Mpa剪应力，80万次疲劳实验，疲劳断口为塑性断口，60Si2CrVA(表面进行银亮清理)889Mpa剪应力，62万次疲劳实验，疲劳断口为脆性断口。本发明钢与高碳弹簧钢相比缺口敏感性明显降低；疲劳寿命大幅度提高。
5.本技术方案虽然规定(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.60～2.60％；但是并不把Mo，w，Ni作为添加元素考虑；只是作为残余元素加以考虑。因此，本技术方案与40Si2CrNiMoV钢以及日本的UHS1900，UHS2000，ND120S，RK360(ND)250S等含较高Mo，w，Ni元素含量的钢种相比，在合金元素的应用上具有低成本的优势。例如RK360(NC)250S钢的末端淬透性实验，半马氏体区距淬火末端的距离为72.3mm，性能与本方案相当。但是该钢含Cr 0.85％，Ni 2.00％，Mo 0.40％，炼钢的原材料成本显然要高很多。
不要求钢材具有高纯净度，可大大缩短炼钢的真空精炼时间；不要求钢材表面剥皮达到银亮的程度；可大大降低钢材的表面清理成本；炼钢的原材料成本要低很多。本发明钢比现有的弹簧钢具有更大的低成本优势。
具体实施例方式 实施例1-132mm圆簧(铁路缓冲器)和20mm乘90mm扁簧(轻型车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.45 Cr＝0.20 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.04 V＝0.08 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.67 实施例1-232mm圆簧(铁路缓冲器)和20mm乘90mm扁簧(轻型车)用钢的成分 C＝0.37 Mn＝1.40 Cr＝0.35 B＝0.0015(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.14 Si＝0.8 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.006 O＝20PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.77 实施例1-332mm圆簧(铁路缓冲器)和20mm乘90mm扁簧(轻型车)用钢的成分 C＝0.43 Mn＝1.47 Cr＝0.18 B＝0.004(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.09 V＝0.12 Si＝1.2 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.005 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.67 实施例1-432mm圆簧(铁路缓冲器)和20mm乘90mm扁簧(轻型车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.61 Cr＝0.01 B＝0.003(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.10 V＝0.13 Si＝1.30 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.005 O＝15PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.64 实施例2-140mm圆簧(重载汽车)和24mm乘100mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.45 Cr＝0.32 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.12 V＝0.12 Si＝1.4 S＝0.012 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.79 实施例2-240mm圆簧(重载汽车)和24mm乘100mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.37 Mn＝1.30 Cr＝0.57 B＝0.003(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.11 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.89 实施例2-340mm圆簧(重载汽车)和24mm乘100mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.43 Mn＝1.46 Cr＝0.31 B＝0.004(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.13 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.79 实施例2-440mm圆簧(重载汽车)和24mm乘100mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.70 Cr＝0.01 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.09 V＝0.14 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.73 实施例3-156mm圆簧(地铁)和38mm乘81mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.45 Cr＝0.50 B＝0.0015(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.08 V＝0.08 Si＝1.20 S＝0.016 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.97 实施例3-256mm圆簧(地铁)和38mm乘81mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.37 Mn＝1.44 Cr＝0.61 B＝0.003(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.06 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.07 实施例3-356mm圆簧(地铁)和38mm乘81mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.43 Mn＝1.46 Cr＝0.49 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.04 V＝0.12 Si＝1.4 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.97 实施例3-456mm圆簧(地铁)和38mm乘81mm扁簧(重型汽车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.74 Cr＝0.05 B＝0.004(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.05 V＝0.13 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.81 实施例4-170mm圆簧(扭力杆)和48mm乘100mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.45 Cr＝0.64 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.09 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.11 实施例4-270mm圆簧(扭力杆)和48mm乘100mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.37 Mn＝1.44 Cr＝0.75 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.10 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.21 实施例4-370mm圆簧(扭力杆)和48mm乘100mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.43 Mn＝1.46 Cr＝0.63 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.11 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.11 实施例4-470mm圆簧(扭力杆)和48mm乘100mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.84 Cr＝0.01 B＝0.003(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.10 Si＝1.30 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.87 实施例5-1·90mm圆簧(扭力杆)和60mm乘160mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.45 Cr＝0.78 B＝0.004(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.09 V＝0.10 Si＝1.30 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.25 实施例5-290mm圆簧(扭力杆)和60mm乘160mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.37 Mn＝1.44 Cr＝0.89 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.08 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.35 实施例5-390mm圆簧(扭力杆)和60mm乘160mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.43 Mn＝1.46 Cr＝0.77 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.04 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.25 实施例5-490mm圆簧(扭力杆)和60mm乘160mm扁簧(重载车)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.88 Cr＝0.01，B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝1.91 实施例6-1100mm圆簧(扭力杆)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝1.45 Cr＝0.95 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.012 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.42 实施例6-2100mm圆簧(扭力杆)用钢的成分 C＝0.37 Mn＝1.58 Cr＝1.00 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.01 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.60 实施例6-3100mm圆簧(扭力杆)用钢的成分 C＝0.43 Mn＝1.46 Cr＝0.94 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.42 实施例6-4100mm圆簧(扭力杆)用钢的成分 C＝0.40 Mn＝2.20 Cr＝0.01 B＝0.002(B为用5N硫磷酸溶样分析的硼含量)Ti＝0.07 V＝0.10 Si＝1.10 S＝0.014 Mo＝0.01 w＝0.01 Ni＝0.01 N＝0.008 O＝10PPm 余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)＝2.23 按以上实施例成分冶炼的弹簧钢，经1250～1300℃高温加热，轧锻成材后快冷(空气中散冷)，钢材表面缺陷清理达到3.2级；圆簧经1000～1050℃感应加热，绕簧后直接用水淬水；经280～380℃回火。弹簧零件心部淬火硬度可达53～57HRC，回火硬度50～52HRC。弹簧另件最后经冷喷丸处理。在1000Mpa剪应力下，疲劳寿命可达80万次。对变截面弹簧，将弹簧扁钢在1150～1100℃高温加热，轧锻成变截面簧后快冷(空气中散冷)，簧经860～880℃加热后直接用水淬水；经280～380℃回火。弹簧另件心部淬火硬度可达53～57HRC，回火硬度50～52HRC。弹簧另件最后经冷喷丸处理。在930Mpa剪应力下，疲劳寿命可达25万次。
权利要求
1.一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢，其特征是钢的组分为(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，Mn 1.30～2.20，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，Cr＜1.00，N＜0.008，S＜0.015，0＜20ppm，余量为Fe及不可避免的杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)合金总量控制在1.60～2.60，B为用5N(当量)硫磷酸溶样分析的硼含量。
2.根据权利要求1所述的一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢，其特征是当Mn＝1.30～1.60时，Cr取0.14～1.00，钢的其它组分(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，N＜0.008，S＜0.015，0＜20ppm。
3.根据权利要求1所述的一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢，其特征是当Mn＝1.60～2.20时，Cr不再是添加元素，钢的其它组分(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，N＜0.008，S＜0.015，0＜20ppm。
全文摘要
一种高应力、高塑性、高淬透性的大截面弹簧用钢，属于合金钢的技术领域，钢的组分(重量百分比)C 0.37～0.43，Si 0.80～1.40，Mn 1.30～2.20，V 0.08～0.14，Ti 0.04～0.12，B 0.0015～0.004，Cr＜1.00，N＜0.008，S＜0.015，0＜20ppm，余量为Fe及杂质，其中(Mn+Cr+Mo+w+0.2Ni)合金总量控制在1.60～2.60，B为用5N(当量)硫磷酸溶样分析的硼含量；本发明提出的高强度，高塑性弹簧钢能使大截面弹簧扁钢的台架疲劳寿命在930MPa的高应力下达到25万次，大截面圆簧在1000MPa高剪切应力下，疲劳寿命达到80万次的要求；本发明钢特别适合于制造中重型工程车辆中减振弹簧以及火车缓冲器、转向架用弹簧。
文档编号C22C38/32GK101348882SQ20071005280
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者常曙光 申请人:常曙光