一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢及其制备方法，所述弹簧钢由以下质量百分数的元素组成：C 0.2?0.5％、Si 1.0?2.0％、Mn 0.3?0.7％、Cr 1.0?1.5％、Ti 0.05?0.20％、Cu 0.05?0.15％、Co0.04?0.10％、Ta 0.04?0.10％、Nb 0.05?0.15％、Ni 0.01?0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明合理配比各元素，改善了加工工艺，使得各元素协同作用，制备的弹簧淬透性、耐疲劳、冲击韧性、强度显著提高，抗拉强度≥1900MPa，与普通高强度汽车悬架弹簧相比，提高了5?10％，使用寿命则提高了10倍以上。
【专利说明】
一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及弹簧钢技术领域，具体涉及一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]汽车悬架弹簧是汽车悬架中的弹性元件，使车桥和车架或车身之间作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击。悬架弹簧质量好坏，对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。汽车悬架弹簧的技术发展趋势总体上向轻量化、高应力、高可靠度发展，悬架弹簧设计应力要求大于lOOOMPa，高的可达1200MPa。常用的悬架弹簧主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等几种结构形式。其中，轿车用螺旋悬架弹簧，钢丝直径9.0?16mm，常用4个悬架弹簧，每辆车平均需要弹簧钢钢丝10kg。近年来，汽车轻量化的期望越发强烈，作为车体支撑用螺旋弹簧的高强度化的期望也愈发强烈。此外，车体支撑用螺旋弹簧由于要置于严酷的腐蚀环境下，因此要求其具备耐久性。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度韧性的汽车悬架弹簧用钢及其制备方法，通过合理选择及对各合金元素添加量的优化，使得悬架弹簧强度高韧性好，耐腐蚀强度好。
[0004]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0005]—种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分数的元素组成:C 0.2-0.5%、Si 1.0-2.0%、Μη 0.3_0.7%、Cr 1.0_1.5%、Ti 0.05-0.20% ^Cu 0.05-0.15%、Co0.04-0.10% ^Ta 0.04-0.10% ^Nb 0.05-0.15% ^Ni 0.01-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0006]优选地，所述的高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分数的元素组成:C0.25-0.35%、Si 1.5-2.0% ^Mn 0.4_0.6%、Cr 1.卜 1.3%、Ti 0.10-0.15 %、Cu 0.05-0.10%、Co 0.05-0.07%、Ta 0.04-0.08% ^Nb 0.05-0.10% ^Ni 0.02-0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0007]优选地，所述的高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分比的元素组成:C0.30%、Si 1.8%、Μη 0.5%、Cr 1.2%、Ti 0.12%、Cu 0.07%、Co 0.05%、Ta 0.05%、Nb0.08%,Ni 0.03%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0008]高强度韧性的汽车悬架弹簧钢的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)卷制:按配比生产出弹簧钢，加工成线材，卷制成螺旋弹簧形状；
[0010]2)淬火:将弹簧加热至900-1050°C保温lh，再将弹簧浸入到等温淬火油中，等温淬火油的温度为80-120°C，保持时间为10-15min，然后空冷至室温；
[0011 ] 3)回火:将淬油冷却后的弹簧回火加热到430-460°C，保温1.5h后空冷；
[0012]4)喷丸:将回火冷却后的弹簧加热到180_220°C，喷丸硬化。
[0013]优选地，所述弹簧等温淬火后出油的表面温度为200_240°C。
[0014]本发明有益效果:本发明中通过控制C的含量来保证弹簧强度和淬透性，Si能提高弹簧的弹性极限，屈服点和抗拉强度，Mn增加弹簧的淬透性，并和铁形成固溶体，提高弹簧的强度和硬度以及耐磨性，Cr提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性，具有较高的回火抵抗能力，在热处理时不易脱碳，Ti可防止和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性，Cu和Ni是提高淬火性和回火后的强度，进而提高钢的耐腐蚀性的元素，Co可以提高和改善钢的高温性能，增加其红硬性，提高钢的抗氧化性和耐蚀性能，Nb可使钢的晶粒细化，降低钢的过热敏感性及回火脆性提高耐热钢的强度和抗蚀性等，Ta提高钢的质量及机械性能，提高碳化物稳定性。本发明合理配比各元素，改善了加工工艺，使得各元素协同作用，制备的弹簧淬透性、耐疲劳、冲击韧性、强度显著提高，抗拉强度彡1900MPa，与普通高强度汽车悬架弹簧相比，提高了5-10%，使用寿命则提高了 10倍以上。
【具体实施方式】
[0015]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]实施例1:
[0017]一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分比的元素组成:C 0.30%,Si1.8%、Μη 0.5%、Cr 1.2%、Ti 0.12%、Cu 0.07%、Co 0.05%、Ta 0.05%、Nb 0.08%、Ni0.03%，余3；为Fe及不可避免的杂质。
[0018]高强度韧性的汽车悬架弹簧钢的制备方法，包括以下步骤:
[0019]I)卷制:按配比生产出弹簧钢，加工成线材，卷制成螺旋弹簧形状；
[0020]2)淬火:将弹簧加热至900-1050°C保温lh，再将弹簧浸入到等温淬火油中，等温淬火油的温度为80-120 °C，保持时间为10-15min，弹簧出油的表面温度为200-240 °C，空冷至室温;
[0021]3)回火:将淬油冷却后的弹簧回火加热到430-460°C，保温1.5h后空冷；
[0022]4)喷丸:将回火冷却后的弹簧加热到180-220°C，喷丸硬化。
[0023]实施例2:
[0024]—种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分数的元素组成:C 0.25%,Si2.0%、Μη OA0AXr 1.5%、Ti 0.10%、Cu 0.10%、Co 0.05%、Ta 0.08%、Nb 0.05%、Ni0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0025]制备方法同实施例1。
[0026]实施例3:
[0027]一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分数的元素组成:C 0.35%,Si1.5%、Μη 0.6%、Cr l.l%、Ti 0.15%、Cu 0.05%、Co 0.07%、Ta 0.04%、Nb 0.10%、Ni0.02%，余3；为Fe及不可避免的杂质。
[0028]制备方法同实施例1。
[0029]实施例4:
[0030]—种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分数的元素组成:C 0.2%,Si2.0%、Μη 0.3%、Cr 1.5%、Ti 0.05%、Cu 0.15%、Co 0.04%、Ta 0.04%、Nb 0.05%、Ni0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0031]制备方法同实施例1。
[0032]实施例5:
[0033]—种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，由以下质量百分数的元素组成:C 0.5%,Si1.0%、Μη 0.7%Xr 1.0%、Ti 0.20%、Cu 0.05%、Co 0.10%、Ta 0.04%、Nb0.15%、Ni
0.01%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0034]制备方法同实施例1。
[0035]综上，本发明实施例具有如下有益效果:本发明制备的弹簧淬透性、耐疲劳、冲击韧性、强度显著提高，抗拉强度彡1900MPa，与普通高强度汽车悬架弹簧相比，提高了δ-?Ο % ， 使用寿命则提高了 1倍以上。
[0036]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0037]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成:C0.2-0.5% ^Si 1.0-2.0% ^Mn 0.3_0.7%、Cr 1.0-1.5% ^Ti 0.05-0.20%、Cu 0.05-0.15%、Co 0.04-0.10%、Ta 0.04-0.10%、Nb 0.05-0.15% ^Ni 0.01-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成:C 0.25-0.35%、Si 1.5-2.0% ^Mn 0.4-0.6% ^Cr 1.1-1.3% ^Ti 0.10-0.15%、Cu 0.05-0.10%、Co 0.05-0.07 %、Ta 0.04-0.08% ^Nb 0.05-0.10%、Ni 0.02-0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质。3.如权利要求2所述的高强度韧性的汽车悬架弹簧钢，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成:C 0.30%、Si 1.8% ^Mn 0.5%、Cr 1.2%、Ti 0.12%、Cu 0.07%、Co 0.05%,Ta 0.05%、Nb 0.08%、Ni 0.03%，余量为Fe及不可避免的杂质。4.如权利要求1-3任一所述的高强度韧性的汽车悬架弹簧钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)卷制:按配比生产出弹簧钢，加工成线材，卷制成螺旋弹簧形状； 2)淬火:将弹簧加热至900-1050°C保温lh，再将弹簧浸入到等温淬火油中，等温淬火油的温度为80-120°C，保持时间为10-15min，然后空冷至室温； 3)回火:将淬油冷却后的弹簧回火加热到430-460°C，保温1.5h后空冷； 4)喷丸:将回火冷却后的弹簧加热到180-220°C，喷丸硬化。5.如权利要求4所述的汽车悬架弹簧用钢的制备方法，其特征在于，所述弹簧等温淬火后出油的表面温度为200-240°C。
【文档编号】C22C38/12GK106011629SQ201610530595
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】余昌国, 李克顺
【申请人】安徽红桥金属制造有限公司