一种高强度耐腐蚀弹簧钢及其加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度耐腐蚀弹簧钢及其加工工艺，涉及弹簧钢及其表面处理技术领域，所述高强度耐腐蚀弹簧钢由以下重量份的物质组成：碳0.2～0.7％，锰0.8～1.6％，硅0.45～1.3％，锆4.28～4.98％，钼0.31～0.45％，硼0.0031～0.0049％，钨0.05～0.2％，铌0.005～0.008％，钛0～0.018％，稀土金属0.05～0.18％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁，本发明通过合理调节各元素的比例，改善了弹簧的加工性能，使弹簧的强度提高了10?12％、寿命提高了12倍，适合负载情况下的正常工作，制备工艺流程少，消耗时间短。
【专利说明】
一种高强度耐腐蚀弹簧钢及其加工工艺
技术领域
[0001]本发明涉及弹簧钢及其表面处理技术领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀弹簧钢及其加工工艺。
【背景技术】
[0002]弹簧钢是一种有着良好的弹性，能在动载荷环境条件下反复作用工作的特殊钢材，有着足够的韧性、力学强度和塑性，可以进行重复性伸缩，并在一定的冲击力作用下不会突然脆断，因此多用于制造弹簧和弹性元件的钢，广泛应用于铁路、汽车、工程机械等机械制造之中。弹簧钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。同时，弹簧钢也需要一定的力学强度，从而能在承受重载荷时不引起塑性变形，有较高的疲劳强度，在载荷下具有长的使用寿命O
[0003]汽车制造和铁路车辆是弹簧钢材的最大用户，由于弹簧类零部件的工作条件十分恶劣，使得弹簧经常会遭受周围介质的腐蚀。由于弹簧在工作时是靠弹力发挥作用，弹簧被腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能，因此防止弹簧腐蚀可以保证弹簧稳定工作，并延长其使用寿命。
[0004]为了保护弹簧免受腐蚀，通常采用电镀、氧化、磷化和油漆喷涂等方法在弹簧表面形成保护层，但这几种方法在实际实施过程中都存在着不足，如在电镀过程中，除在弹簧表面镀上锌或镉等金属外，还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去，造成内应力，使弹簧上的镀层和弹簧变脆，即氢脆，使弹簧容易断裂;氧化处理后，弹簧表面会生成保护性的磁性氧化铁薄膜，但由于膜薄且具有气孔，所以抗腐蚀性较差；另外，氧化处理对某些热乳弹簧材料的表面晶界有所浸蚀，这在一定程度上降低弹簧疲劳强度;磷化虽然比氧化抗腐蚀性好，但在磷化过程中也会产生大量氢气，使磷化后的弹簧具有氢脆现象;油漆喷涂法在弹簧表面形成的漆膜不够平整，易出现漏喷、上薄下厚、边缘流挂现象，结合力不好，容易脱落，防锈能力差。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度耐腐蚀弹簧，使得弹簧具有良好的机械性能和耐腐蚀能力，本发明还提供一种弹簧的加工工艺，进一步提高了弹簧的耐腐蚀能力，使得弹簧的使用寿命延长。
[0006]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0007]—种高强度耐腐蚀弹簧钢，由以下重量份的元素组成:碳0.2?0.7 %，锰0.8?1.6%，硅0.45?1.3%，锆4.28?4.98%，钼0.31 ?0.45%，硼0.0031 ?0.0049%，钨0.05?0.2%，铌0.005?0.008%，钛O?0.018%，稀土金属0.05?0.18%，氮0.002?0.005%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。
[0008]优选的，所述高强度耐腐蚀弹簧钢，由以下重量份的元素组成:碳0.38?0.56 %，锰0.9?1.3%，硅0.76?1.3%，锆4.35?4.52%，钼0.35?0.42%，硼0.0031 ?0.0042%，钨0.12?0.18%，铌0.005?0.008%，钛0.002?0.005%，稀土金属0.08?0.12%，氮0.002—0.005%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。
[0009]—种高强度耐腐蚀弹簧钢的加工工艺，包括以下步骤:
[0010](I)将生铁与废铁按按比例投入炉中，加热融化，加入锰铁、硅铁、锆铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，融化后放入稀土元素和硼土，进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；
[0011](2)对弹簧钢进行热处理，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；
[0012](3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至50?70°C，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15?30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
[0013](4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于惰性气体氛围中，然后在其表面旋转喷涂氧化锌纳米镀层，喷涂结束后，再在弹簧钢的表面喷涂一层油漆。
[0014]优选的，所述热处理工艺为高温淬火，中温回火。
[0015]优选的，所述惰性气体为氮气和氩气的混气体。
[0016]优选的，所述氮气和氩气的体积比为1:5?10。
[0017]优选的，所述纳米氧化锌镀层的厚度为5?10微米，其中氧化锌粒子的直径为30?50纳米。
[0018]本发明的有益效果，本发明中RE为未分离的混合稀土，它价格便宜，能提高弹簧的冲击韧性、抗氧化性和抗腐蚀性且有良好的脱氧去硫作用;Nb能提高弹簧的屈服强度和冲击韧性，可以固定弹簧中的碳，；W能缓解碳化物的聚集，保持较高的高温强度，还可以增加淬透性和硬度;B主要增加弹簧的淬透性;Si能提高弹簧的弹性极限、屈服强度和屈服比，以及疲劳强度和疲劳比；通过热水清洗，加入少量碱性介质，既可以有效清理钢材表面的污垢，又不会腐蚀钢材，污染环境，通过旋转纳米喷涂技术，保证了喷涂的均匀性和致密性，且氧化锌与钢材间具有较强的结合力，提高了喷涂效果。本发明通过合理调节各元素的比例，改善了弹簧的加工性能，使弹簧的强度提高了 10-12%、寿命提高了 12倍，适合负载情况下的正常工作，制备工艺流程少，消耗时间短。
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]实施例1:
[0021]—种高强度耐腐蚀弹簧钢，由以下重量份的元素组成:碳0.38%，锰0.9%，硅I.15 %，锆4.35 %，钼0.42 %，硼0.0042 %，钨0.12 %，铌0.008 %，钛0.002 %，稀土金属
0.08%，氮0.002%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁
[0022]I)将生铁与废铁按按比例投入炉中，加热融化，加入锰铁、硅铁、锆铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，融化后放入稀土元素和硼土，进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；
[0023](2)、对弹簧钢进行高温淬火，中温回火，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；
[0024](3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至70°C，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15?30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
[0025](4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于通入氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的体积比为1:8)，然后在其表面旋转喷涂粒径为30纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为8微米的镀层，喷涂结束后，再在弹簧钢的表面喷涂一层油漆。
[0026]实施例2:
[0027]一种高强度耐腐蚀弹簧钢，由以下重量份的元素组成:碳0.56%，锰1.3%，硅
0.76%，锆4.98%，钼0.45%，硼0.0031%，钨0.18%，铌0.005 %，钛0.005 %，稀土金属
0.18%，氮0.002%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。
[0028](I)将生铁与废铁按按比例投入炉中，加热融化，加入锰铁、硅铁、锆铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，融化后放入稀土元素和硼土，进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；
[0029](2)、对弹簧钢进行高温淬火，中温回火，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；
[0030](3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至60°C，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15?30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
[0031](4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于通入氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的体积比为1:5)，然后在其表面旋转喷涂粒径为30纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为5微米的镀层，喷涂结束后，再在弹簧钢的表面喷涂一层油漆。
[0032]实施例3:
[0033]—种高强度耐腐蚀弹簧钢，由以下重量份的元素组成:碳0.2 %，锰1.6 %，硅
0.45%，锆4.52%，钼0.31%，硼0.0049%，钨 0.05%，铌0.008 %，钛0.018 %，稀土金属
0.12%，氮0.005%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。
[0034]I)将生铁与废铁按按比例投入炉中，加热融化，加入锰铁、硅铁、锆铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，融化后放入稀土元素和硼土，进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；
[0035](2)、对弹簧钢进行高温淬火，中温回火，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；
[0036](3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至70°C，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15?30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
[0037](4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于通入氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的体积比为1:8)，然后在其表面旋转喷涂粒径为50纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为10微米的镀层，喷涂结束后，再在弹簧钢的表面喷涂一层油漆。
[0038]实施例4:
[0039]一种高强度耐腐蚀弹簧钢，由以下重量份的元素组成:碳0.7 %，锰0.8 %，硅1.3%，锆4.28%，钼0.35%，硼0.0042%，钨0.2%，铌0.005%，稀土金属0.15%，氮0.002%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。
[0040](I)将生铁与废铁按按比例投入炉中，加热融化，加入锰铁、硅铁、锆铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，融化后放入稀土元素和硼土，进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢；
[0041 ] (2)、对弹簧钢进行高温淬火，中温回火，得到高强度耐腐蚀弹簧钢；
[0042](3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至50°C，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15?30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
[0043](4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于通入氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的体积比为1:10)，然后在其表面旋转喷涂粒径为30纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为8微米的镀层，喷涂结束后，再在弹簧钢的表面喷涂一层油漆。
[0044]综上，本发明实施例具有如下有益效果:本发明通过合理调节各元素的比例，改善了弹簧的加工性能，使弹簧的强度提高了 10-12%、寿命提高了 12倍，适合负载情况下的正常工作，制备工艺流程少，消耗时间短。
[0045]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。
[0046]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】
1.一种高强度耐腐蚀弹簧钢，其特征在于，由以下重量份的元素组成:碳0.2?0.7%，锰0.8?1.6%，硅 0.45 ?1.3%，锆4.28 ?4.98%，钼0.31 ?0.45%，硼0.0031 ?0.0049%，钨0.05 ?0.2%，铌0.005?0.008%，钛O ?0.018%，稀土金属0.05 ?0.18%，氮0.002 ?0.005%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。2.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀弹簧钢，其特征在于，由以下重量份的元素组成:碳0.38?0.56%，锰0.9?1.3%，硅0.76?1.3%，锆4.35?4.52%，钼0.35?0.42%，硼0.0031 ?0.0042%，钨0.12 ?0.18%，铌0.005?0.008 %，钛0.002?0.005 %，稀土金属0.08?0.12%，氮0.002?0.005%，硫〈0.002%，磷〈0.002%，其余为铁。3.—种如权利要求1或2所述的高强度耐腐蚀弹簧钢的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤: (1)将生铁与废铁按按比例投入炉中，加热融化，加入锰铁、硅铁、锆铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁，融化后放入稀土元素和硼土，进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，得到弹簧钢； (2)、对弹簧钢进行热处理，得到高强度耐腐蚀弹簧钢； (3)将弹簧钢浸入冷水中，并在冷水中通入惰性气体，除去氧化性气体，然后将体系升温至50?70°C，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，启动超声清洗装置，清洗15?30min，然后再用流水清洗，真空烘干； (4)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于惰性气体氛围中，然后在其表面旋转喷涂氧化锌纳米镀层，喷涂结束后，再在弹簧钢的表面喷涂一层油漆。4.如权利要求3所述的高强度耐腐蚀弹簧钢的加工工艺，其特征在于，所述热处理工艺为高温淬火，中温回火。5.如权利要求4所述的高强度耐腐蚀弹簧钢的加工工艺，其特征在于，所述惰性气体为氮气和氩气的混气体。6.如权利要求5所述的高强度耐腐蚀弹簧钢的加工工艺，其特征在于，所述氮气和氩气的体积比为1:5?10。7.如权利要求6所述的高强度耐腐蚀弹簧钢的加工工艺，其特征在于，所述纳米氧化锌镀层的厚度为5?10微米，其中氧化锌粒子的直径为30?50纳米。
【文档编号】C22C38/14GK106048424SQ201610683063
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】余昌国, 余寰
【申请人】安徽红桥金属制造有限公司