本发明涉及弹簧钢领域，特别是涉及一种弹簧用高抗拉钢丝及其加工方法。
背景技术：
目前市面上应用于汽车电动尾门弹簧的钢丝均为标准抗拉强度的sicr和sicrv两种合金钢丝，如欧洲标准en10270-2(2012)，中国标准gb/t18983-2003，其中，sicr合金钢丝的合金化学成分含量(质量百分比)为：c0.5％～0.6％、si1.2～1.6％、mn0.5％～0.9％、p≤0.03％、s≤0.025％、cu≤0.12％、cr0.5％～1.0％，抗拉强度(φ3.0mm-4.0mm)为2060mpa-2080mpa；sicrv合金钢丝的合金化学成分含量(质量百分比)为：c0.5％～0.7％、si1.2～1.65％、mn0.4％～0.9％、p≤0.03％、s≤0.025％、cu≤0.12％、cr0.5％～0.7％，v0.1％～0.25％，抗拉强度(φ3.0mm-4.0mm)为2060mpa-2260mpa。上述两种标准材料，由于其抗拉强度相对较低，仅能满足少数低应力弹簧的需求，当弹簧应力较高时，弹簧力值无法达到充分打开电动尾门所期望的要求值，从而影响电动尾门的打开角度；此外，弹簧由钢丝绕制而成，其本身会存在较大的剪切应力，在长期工作状态下会影响弹簧的热稳定性，弹簧的热稳定性由热力损失率表征，热力损失率的计算公式为：热力损失率＝(试验前力值-试验后力值)/试验前力值。通过弹簧热力损失率评价，即弹簧通过模拟实际的工况往复动作六万次，测试弹簧是否断裂及热力损失率，能够得知弹簧的热力损失率与剪切应力之间呈线性相关，就是说，在弹簧其他要求都基本相同的情况下，剪切应力越大弹簧的热力损失率越大。而弹簧的应力是由弹簧设计本身确定的，弹簧的安全系数为弹簧应力与钢丝抗拉强度的差值，所以弹簧应力不变，提高钢丝抗拉强度，可以提高安全系数，延长弹簧疲劳寿命。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种高抗拉强度的弹簧钢丝及其加工方法，实现在弹簧应力较大的情况下仍能够满足汽车电动尾门开启的力值需求，达到较高的安全系数，降低热力损失率，延长疲劳寿命。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在弹簧应力较高的情况下提高其安全系数，降低热力损失率，延长弹簧疲劳寿命。
为实现上述目的，本发明提供了一种弹簧钢丝材料，所述弹簧钢丝材料包括如下质量百分比的化学成分：c0.55％～0.6％、si1.4～1.6％、mn0.4％～0.8％、p≤0.025％、s≤0.02％、cu≤0.12％、cr0.6％～0.85％、v0.05％～0.2％，余量为fe和不可避免的杂质；所述不可避免的杂质中包括h。
进一步地，所述弹簧钢丝材料中h的质量百分比≤0.0001％。
进一步地，本发明还提供了一种用于制备弹簧用高抗拉钢丝的加工方法，所述弹簧用高抗拉钢丝以权利要求1或2所述的弹簧钢丝材料为原料，所述方法包括以下步骤：
a.放线；b.加热保温；c.淬火；d.回火；e.无损探伤；f.收线。
进一步地，所述淬火的温度为840℃～850℃。
进一步地，所述回火的温度为395℃～405℃。
进一步地，所述淬火过程中，充入氮气作为保护气体。
进一步地，本发明还提供了一种弹簧用高抗拉钢丝，所述弹簧用高抗拉钢丝通过权利要求3-6所述的用于制备弹簧用高抗拉钢丝的加工方法制成。
进一步地，所述弹簧用高抗拉钢丝的截面直径为3.0mm～4.0mm。
进一步地，所述弹簧用高抗拉钢丝的截面形状为圆形、椭圆形、卵形中的一种。
进一步地，所述弹簧用高抗拉钢丝的抗拉强度为2220mpa～2320mpa。
本发明对部分化学元素的含量进行了调整，缩小了大部分化学元素的含量范围，如常规元素碳元素、硅元素、锰元素以及有害元素磷元素、硫元素，同时增加了有效化学元素铬的含量，提高弹簧在加热条件下的力损失率；此外本发明在当前标准钢丝加工参数的基础上优化了钢丝在加工过程中的淬火回火温度，以及钢丝在淬火过程中的气氛，从而提高钢丝的抗拉强度，提高了弹簧安全系数，延长了疲劳寿命。
以下将结合具体实施例对本发明的构思、具体方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
以下介绍了本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
本发明实施例中提供的弹簧钢丝材料化学成分说明如下：
c:碳是钢中最主要的基本元素，是提高弹簧钢强度最有效、最经济的元素。通过提高弹簧钢中碳含量，能有效提高其强度，减轻弹簧重量，满足汽车弹簧高强度和轻量化的需求；但过高的碳会导致弹簧钢的韧性差，特别是热处理后易造成弹簧钢丝脆性过大，不易制簧或疲劳脆断，因此，碳控制在0.55％～0.6％。
si:硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中从而提高抗热性。硅提高钢中固溶体强度的作用极强，随着硅含量增加，钢的强度指标特别是屈服点有明显提高；但硅过高会降低钢的塑性和韧性，且硅使碳的活性增加从而导致钢的脱碳和石墨化，进一步影响钢的抗疲劳性能，因此控制其含量为1.4％～1.6％。
mn:锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或减弱因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。锰在提高弹簧钢强度的同时，对其延展性却几乎没有任何影响，但是锰也显著增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性，因此，控制锰为0.4％～0.8％。
p：磷是钢中的有害元素，会显著降低钢的低温韧性；此外，磷还会增加钢的回火敏感性，因此，控制磷含量为≤0.025％。
s：硫是钢中的有害元素，硫在钢中形成mns和fes夹杂在晶界偏聚会恶化钢的冷加工性能，造成钢的热脆，因此，控制硫含量为≤0.02％。
cu：铜在热加工时容易产生热脆，因此，控制铜含量为≤0.12％。
cr：铬是获得耐热性和抗氧化性的有效元素。钢中的铬可降低碳的活度，抑制钢在高温加热时的脱碳和石墨化倾向，增加弹簧在加热条件下的稳定性，对抗疲劳性能有利；同时铬也有耐腐蚀性。但含量过高对弹减性能和韧性不利。因而控制铬的含量为0.60％～0.85％。
v：钒除提高钢的强度外，还改善钢的塑性和韧性。在弹簧钢中加入钒，与铬或锰配合使用，增加钢的弹性极限，并改善冶金质量。钢中的钒使钢晶粒细化，韧性增加。但是钒含量过多会降低钢韧性。因此，v控制在0.05％～0.20％。
优选地，本发明实施例所提供的弹簧钢丝材料中h含量控制在小于0.0001％，氢对于抗拉强度超过1000mpa的钢材，氢脆或氢致延迟断裂是其失效的主要形式，本发明的弹簧钢抗拉强度己远超1000mpa，为了避免钢的氢脆或氢致延迟断裂，将h含量控制在小于0.0001％。
实施例2
本发明还提供了一种用于制备弹簧用高抗拉钢丝的加工方法，包括以下步骤：
(1)放线：提供上述弹簧用高抗拉材料，检查表面质量，放线速度为20～30m/min；(2)加热保温，钢丝进入加热炉，进行加热，将钢丝进行奥氏体化，炉内有气体保护，以避免钢丝表面脱碳，保护气体为氮气和/或惰性气体，其中惰性气体优选氩气；(3)淬火，淬火温度为840～850℃管内有气体保护，以避免钢丝表面脱碳，保护气体为氮气；(4)回火，淬火后的马氏体钢丝进入回火炉进行回火，回火温度为395℃～405℃；(5)无损探伤，对淬火回火钢丝的表面质量进行连续检测；(7)收线，将无损探伤后的马氏体钢丝通过收线装置进行收线工作，即得到目标产物。上述加工方法通过对淬火温度及回火温度的设置提高了钢丝的抗拉强度，当弹簧应力较高时，仍然可以达到很高的安全系数，延长了疲劳寿命。
实施例3
本发明实施例提供了一种由上述加工方法制成的高抗拉弹簧钢丝：该高抗拉钢丝的截面直径为3.5mm～4.0mm，形状为圆形、椭圆形或卵形，所述形状设计能够减小弹簧静载应力，提高弹簧特性指数，在相同载荷下可减小弹簧尺寸；抗拉强度为2220mpa～2320mpa，在弹簧应力较大的情况下能够满足汽车电动尾门开启的力值需求，达到较高的安全系数，降低热力损失率，延长疲劳寿命。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。