弹簧扁钢及其制备方法与流程

本发明涉及弹簧扁钢生产领域，特别涉及一种弹簧扁钢及其制备方法。
背景技术：
：目前国内高强度高淬透性弹簧扁钢材料主要使用crv系列，成本高，且淬透性偏低。考虑到目前弹簧钢的发展趋势是向着高性能型和经济型的方向发展，高性能型主要是指，在确保脱碳、硬度等指标下拥有高强度高淬透性的弹簧扁钢产品。因此，在新钢种开发中，需要重视疲劳寿命、抗弹性减退性能及淬透性，同时也要兼顾经济适用性。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种弹簧扁钢及其制备方法，通过化学成份和热处理工艺的设计，考虑合金元素、热处理工艺等对弹簧钢性能的影响，最大限度提高弹簧钢强度、使用寿命、减轻弹簧重量，满足企业对高性能高品质弹簧的需求能够实现。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弹簧扁钢，该弹簧扁钢按质量百分比由以下化学成分组成：c0.30～0.60％，si0.40～1.00％，mn0.70～2.00％，cr0.70～2.00％，nb0.030～0.080％，b0.0008～0.0025％，p≤0.030％，s≤0.030％，cu≤0.25％，ni≤0.35％，ti0.05～0.10％，余量为fe和不可避免的杂质元素。进一步地，在上述的弹簧扁钢中，所述弹簧扁钢的淬透性j20mm≥56hrc。进一步地，在上述的弹簧扁钢中，所述弹簧扁钢的屈服强度≥1350mpa，抗拉强度≥1550mpa，断后伸长率≥8％，断面收缩率≥30％。还公开一种制备上述的弹簧扁钢的方法，包括冶炼、精炼、连铸、加热、轧制以及热处理步骤，其中：所述热处理步骤中，淬火温度870～900℃，淬火介质为油，回火温度370℃～430℃，回火介质为水。进一步地，在上述的方法中，所述加热步骤中，将连铸坯进行加热，加热温度为1200℃～1240℃，保温时间为30min-80min。进一步地，在上述的方法中，所述轧制步骤中，将加热后的连铸坯进行二个阶段轧制，包括第一阶段轧制和第二阶段轧制，所述第一阶段轧制的开轧温度1050℃～1150℃，所述第一阶段轧制后的轧件厚度为成品钢厚度的6-7倍。进一步地，在上述的方法中，所述轧制步骤中，所述第一阶段轧制后待温到980℃～950℃后，进行得到第二阶段轧制，得到轧制后的弹簧扁钢。进一步地，在上述的方法中，所述轧制步骤中，所述第一阶段轧制的总道次控制为9-11道次，所述第一阶段轧制的终轧温度为1020℃-980℃。进一步地，在上述的方法中，所述轧制步骤中，所述第二阶段轧制的终轧温度为880℃-840℃。进一步地，在上述的方法中，所述轧制步骤中，所述第二阶段轧制的总道次控制为4-11道次。本申请得到的弹簧扁钢与现有技术相比，具有如下技术效果：1)本申请提供的弹簧扁钢通过合理设计si、cr、mn、nb、ti、b元素含量，满足高强度、高淬透性、超细晶粒度的设计要求，再结合合理热处理工艺，满足弹簧扁钢的现场使用要求、疲劳要求。2)本申请提供的弹簧扁钢力学性能如下：抗拉强度rm≥1550mpa，屈服强度rp0.2≥1350mpa，断后伸长率a≥8％，断面收缩率z≥30％。3)本申请提供的弹簧扁钢晶粒度≥9级；经过nb，ti复合细晶强化，晶粒度甚至达到11级超细晶水平。4)淬透性j20mm≥56hrc，即在端淬试验时，距离试样底部20mm的位置，硬度可满足≥56hrc。分析可知，本发明公开一种弹簧扁钢及其制备方法，本发明的弹簧扁钢通过化学成份和热处理工艺的设计，考虑合金元素、热处理工艺等对弹簧扁钢性能的影响，最大限度提高弹簧扁钢强度、使用寿命、减轻弹簧重量，满足企业对高性能高品质弹簧的需求能够实现，本发明的弹簧扁钢具有高强度和高淬透性，其制备方法的成本低。附图说明图1为实施例1中弹簧扁钢的晶粒度照片，倍数为100x倍。图2为实施例1中能够显示晶粒晶界的金相组织照片，倍数为100x倍在图中标示了四个能谱测试点，分别为spectrum1、spectrum2、spectrum3和spectrum4。图3为spectrum1处的能谱测试图。图4为spectrum2处的能谱测试图。图5为spectrum3处的能谱测试图。图6为spectrum4处的能谱测试图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明的限制。本发明提供的一种弹簧扁钢，按质量百分比由以下化学成分组成：c0.30～0.60％，si0.40～1.00％，mn0.70～2.00％，cr0.70～2.00％，nb0.030～0.080％，b0.0008～0.0025％，p≤0.030％，s≤0.030％，ti0.05～0.10％，余量为fe和不可避免的杂质元素。本发明的弹簧扁钢化学成分及质量百分比含量设计的原理如下：(1)c：c可以提高强度、提高淬透性，但c含量过高会降低韧性，因此为了兼顾钢的强度和韧性，本发明采用中碳设计，将碳含量设计为0.30～0.60％；(2)si：si可以提高强度，但si含量过高会降低韧性，为兼顾强度和韧性，si含量限定为0.40～1.00％；(3)mn：mn可以提高钢的强度和淬透性，扩大奥氏体转变区，但mn含量过高，会降低韧性，因此，综合考虑将锰含量设计为0.70～2.00％；(4)cr：cr可以提高钢的强度和淬透性，但cr含量过高，会降低韧性，因此，综合考虑将锰含量设计为0.70～2.00％；(5)强化元素：利用nb、ti钉扎晶界，控制奥氏体转变前的晶粒度，将nb含量限定为0.030～0.080％，将ti含量限定为0.05～0.10％；(6)淬透性调整元素：通过添加适当的硼提高钢的淬透性，将b含量限定为0.0008～0.0025％；(7)有害元素p、s：p和s将会恶化钢的强韧性，将p和s的含量限定在：p≤0.030％，s≤0.030％；经过上述成分设计的弹簧扁钢，抗拉强度rm≥1550mpa，屈服强度rp0.2≥1350mpa，断后伸长率a≥8％，断面收缩率z≥30％；晶粒度≥9级；淬透性j20mm≥56hrc。上述弹簧扁钢可用本领域的常规方法制备。本发明还提供一种上述成分设计的高强度高淬透性弹簧扁钢的制备方法，包括冶炼、精炼、连铸、加热、轧制以及热处理步骤，其中，冶炼、精炼以及连铸步骤：按照上述钢的化学成分及含量设计进行原料配制，采用本领域常规的转炉冶炼、lf炉外精炼以及连铸工艺制备连铸坯。加热步骤：将连铸坯进行加热，其中加热温度优选为1200℃～1240℃(比如1200℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃)，保温时间为30min-80min(比如30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min)，使铸坯奥氏体化和避免加热过长导致的奥氏体晶粒粗大；其中保温时间更优选为40min～60min，以保证铸坯奥氏体化均匀。轧制步骤：将加热后的连铸坯进行二个阶段控制轧制，第一阶段轧制的开轧温度1050℃～1150℃(比如1050℃、1055℃、1060℃、1065℃、1070℃、1075℃、1080℃、1085℃、1090℃、1095℃、1100℃、1105℃、1110℃、1115℃、1120℃、1125℃、1130℃、1135℃、1140℃、1145℃、1150℃)，第一阶段轧制后的轧件厚度为成品钢厚度的6-7倍；第一阶段轧制后待温到980℃～950℃(比如980℃、975℃、970℃、965℃、960℃、955℃、950℃)后，进行第二阶段轧制，得到轧制后的弹簧扁钢，最终的钢组织为铁素体+马氏体混合组织；第一阶段轧制的总道次优选控制为9-11道次，第一阶段轧制的终轧温度优选为1020℃-980℃(比如1020℃、1015℃、1010℃、1005℃、1000℃、995℃、990℃、985℃、980℃)，第二阶段轧制的终轧温度优选为880℃-840℃(比如880℃、875℃、870℃、865℃、860℃、855℃、850℃、845℃、840℃)，第二阶段轧制的总道次优选控制为4-11道次(比如4道次、5道次、6道次、7道次、8道次、9道次、10道次、11道次)。热处理步骤：淬火温度870-900℃(比如870℃、875℃、880℃、885℃、890℃、895℃、890℃)，淬火介质为油，回火温度370℃～430℃(比如370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃、400℃、405℃、410℃、415℃、420℃、425℃、430℃)，回火介质为水。利用交叉回火试验得出上述回火的温度参数，交叉回火试验指的是在不同热处理工艺下进行试验。实施例1：本实施例的弹簧扁钢采用了如下设计：钢的各化学成分及质量百分比含量为：c0.58％，si:0.42％，mn1.88％，cr1.92％，nb0.075％，b0.0024％，p0.015％，s0.003％，ti0.085％，余量为fe和不可避免的杂质元素。具体含量见下表制备上述成分设计的弹簧扁钢的方法，包括如下步骤：(1)冶炼、精炼及连铸：按照上述化学成分进行原料配置，采用转炉冶炼、炉外精炼、连铸工序，得到连铸坯。(2)加热：将连铸坯进行加热，将铸坯加热至1230℃，保温50min得到加热后的铸坯，使铸坯奥氏体化和避免加热过长导致的奥氏体晶粒粗大，且保证铸坯奥氏体化均匀。(3)轧制：采用常规轧制工艺，轧制道次为18，总变形量为11.9，最终得到规格为37mm*90mm的轧坯。(4)热处理步骤：淬火温度875℃，淬火介质为油，回火温度370℃，回火介质为水。本实施例所得的弹簧扁钢的晶粒度照片参见图1，从图1可以看出本实施例的弹簧扁钢晶粒度为11级。采用国标gb/t228.1-2010标准，制成φ10mm标准试样的方法测试本实施例的弹簧扁钢的力学性能，结果如下：抗拉强度rm为1848.25mpa，屈服强度rp0.2为1673.75mpa，断后伸长率a为9.25％，断面收缩率z为41.5％；淬透性j20mm为60hrc。图2为实施例1中能够显示晶粒晶界的金相组织照片，在图中标示了四个能谱测试点，分别为spectrum1、spectrum2、spectrum3和spectrum4，图3为spectrum1处的能谱测试图，图4为spectrum2处的能谱测试图，图5为spectrum3处的能谱测试图，图6为spectrum4处的能谱测试图。图2-图6均能说明有nb、ti钉扎在晶界的位置，能够抑制晶粒长大。nb和ti在spectrum1、spectrum2、spectrum3和spectrum4处的质量百分比如下表所示：表1nb和ti在spectrum1、spectrum2、spectrum3和spectrum4处的质量百分比(wt％)spectrumtinbspectrum172.5927.41spectrum266.0034.00spectrum379.4920.51spectrum484.7815.22实施例2-7实施例2-7中除热处理步骤不同于实施例1以外，其他步骤及钢成分与实施例1相同，实施例2-7得到的弹簧扁钢的力学性能如下表2。表2实施例2-7得到的弹簧扁钢的性能由上表2中的数据可知，回火温度在本申请要求的(370℃～430℃)范围内，均能得到优良的弹簧扁钢的力学性能。实施例8-10实施例8-10中化学成分不同于实施例1以外，制备步骤均与实施例1相同。实施例8-10的化学成分见表3；实施例8-10得到的弹簧扁钢的力学性能如下表4。表3实施例8-10弹簧扁钢的化学成分表4实施例8-10得到的弹簧扁钢的力学性能由上表4中的数据可知，表3中化学成分的设计也得到了优良的弹簧扁钢的力学性能。对比例1-3对比例1-3中除热处理步骤不同于实施例1以外，其他步骤及钢成分与实施例1相同，以上四组对比例得到的弹簧扁钢的力学性能如下表5。表5对比例1-3得到的弹簧扁钢的力学性能由上表5中的数据可知，因回火温度不在本申请要求的回火温度(370℃～430℃)范围内，获得的力学性能比本申请得到的力学性能差。综上，1)本发明在化学成分设计时充分发挥c的强化作用和其低廉的成本优势，以价格较低的si、mn、cr为主要的合金添加元素，并合理设计了si、cr、mn、nb、ti、b等元素的含量，降低了合金成本；2)由于nb、ti钉扎晶界，经过nb、ti复合细晶强化，晶粒度达到11级超细晶水平；3)设计后的si、cr和mn的添加量及添加提高淬透性的b元素，使淬透性j20mm达到60-61hrc之间；4)回火温度在370-430℃时，弹簧扁钢的力学性能满足设计要求。本申请得到的弹簧扁钢与现有技术相比，具有如下技术效果：1)抗拉强度rm≥1550mpa，屈服强度rp0.2≥1350mpa，断后伸长率a≥8％，断面收缩率z≥30％。2)晶粒度≥9级。3)淬透性j20mm≥56hrc。4)化学成份和热处理工艺设计降低了制备弹簧扁钢的生产成本，取消了贵重合金v的加入，调高了一般合金cr、mn的含量及使用了合金b，并通过对热处理工艺的改进降低了制备弹簧扁钢的生产成本。经过国内某知名主机厂、板簧厂使用，强度、晶粒度、淬透性等各项指标均满足要求，疲劳寿命达到23万次(要求≥12万次)，现已批量使用，年用量达2.5万吨。分析可知，本发明公开一种弹簧扁钢及其制备方法，本发明的弹簧扁钢通过化学成份和热处理工艺的设计，考虑合金元素、热处理工艺等对弹簧钢性能的影响，最大限度提高弹簧钢强度、使用寿命、减轻弹簧重量，满足企业对高性能高品质弹簧的需求能够实现，本发明的弹簧扁钢具有高强度和高淬透性，其制备方法的成本低。由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。当前第1页12