合金彈簧絲及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種合金彈簧絲及其制備方法，其中：以該合金彈簧絲的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述的合金彈簧絲含有0.45～0.55%的C、0.80～1.10%的Cr、0.5～0.9%的Mo、0.61～0.89%的Mn、0.15～0.30%的Si、0～0.03%的P、0～0.025%的S和0.015～5%的V，余量為Fe。本發(fā)明的合金彈簧絲不易出現(xiàn)塑性變形、不易折斷、耐腐蝕的，是制作汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用的氣門(mén)彈簧絲的優(yōu)選原料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】合金彈簧絲及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種彈簧鋼絲，具體涉及了一種不易出現(xiàn)塑性變形、不易折斷、耐腐蝕的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)專(zhuān)用的合金彈簧絲。
【背景技術(shù)】
[0002]目前普遍使用的不銹鋼彈簧鋼絲分為以下三類(lèi):1.相變強(qiáng)化馬氏不銹鋼彈簧鋼絲；2.形變強(qiáng)化奧氏體-馬氏體不銹鋼彈簧鋼絲；3.沉淀硬化奧氏體-馬氏體不銹鋼彈簧鋼絲。相變強(qiáng)化馬氏不銹鋼彈簧鋼絲的缺點(diǎn)是:1.采用強(qiáng)化馬氏體不銹鋼為原料制成，制成彈簧后需要再次熱處理，以提高其彈性；然后進(jìn)行酸洗，使其表面光滑，甚至需要鍍鉻、鎳等，制造工序復(fù)雜，成品率低，成本高；2.韌性差，脆性敏感。形變強(qiáng)化奧氏體不銹鋼彈簧鋼絲的缺點(diǎn)是:1.強(qiáng)度和弱性低，抗松弛和蠕變性較差；2.彈性模量的溫度系數(shù)較大；3.其中鎳含量為8%-10%，而鎳是一種價(jià)格較高的緊缺資源，又不能滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保的要求。為了解決上述問(wèn)題，技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了多種性能改良、加強(qiáng)的彈簧鋼絲。
[0003]合金彈簧中的氣門(mén)彈簧是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中的重要零件，主要起維持配氣系統(tǒng)構(gòu)件中正常接觸和促進(jìn)氣閥密封的作用。然而經(jīng)過(guò)發(fā)明人調(diào)查了解，發(fā)現(xiàn)目前合金彈簧在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)易發(fā)生塑性變形、易折斷、易銹蝕等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)密封失效，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；而且市面上也沒(méi)有更好材質(zhì)的彈簧絲用于替換。因此，市場(chǎng)上急需一種不易出現(xiàn)塑性變形、不易折斷、耐腐蝕的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用的氣門(mén)彈簧絲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種不易出現(xiàn)塑性變形、不易折斷、耐腐蝕的，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用的氣門(mén)彈簧絲制作原料的合金彈簧絲。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:`[0006]一種合金彈簧絲，其中，以該合金彈簧絲的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述的合金彈簧絲含有0.45 ~0.55% 的 C、0.80 ~1.10% 的 Cr、0.5 ~0.9% 的 Μο、0.61 ~0.89% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、0 ~0.03% 的 P、0 ~0.025% 的 S 和 0.015 ~5% 的 V，余量為 Fe。
[0007]所述的合金彈簧絲含有0.45~0.55%的C、0.80~1.10%的Cr、0.65~0.85%的Mo,0.65 ~0.85% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、0 ~0.03% 的 P、0 ~0.025% 的 S 和 0.015 ~3%的V，余量為Fe。
[0008]所述的合金彈簧絲含有0.45~0.55%的C、0.80~1%的Cr、0.75%的Μο、0.7~0.8% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、0 ~0.015% 的 P、0 ~0.015% 的 S 和 0.015 ~0.1% 的 V，
余量為Fe。
[0009]一種制備如上所述的合金彈簧絲的方法，該方法依次包括以下步驟:(1)將彈簧絲的原料進(jìn)行初煉；(2)精煉；(3)冷卻成型；(4)軋制；(5)淬火；(6)回火；(7)涂層并烘干；(8)拉制成彈簧絲。
[0010]通過(guò)上述的制備方法制造得的彈簧絲以其質(zhì)量為基準(zhǔn)，含有0.45~0.55%的C、0.80 ~1.10% 的 Cr、0.5 ~0.9% 的 Μο、0.61 ~0.89% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、0 ~0.03%的P、0~0.025%的S和0.015~5%的V，余量為Fe。
[0011]在上述制備方法中，所述初煉的溫度為1700~1850°C，初煉的時(shí)間為30~50分鐘；所述精煉的溫度為1600~1650°C，精煉的時(shí)間為30~55分鐘。
[0012]在上述制備方法中，所述冷卻成型包括先以冷卻速度為15~25°C /分鐘冷卻至1100°C以下，然后自然冷卻至室溫。
[0013]在上述制備方法中，所述軋制包括連軋或半連軋。
[0014]在上述制備方法中，所述淬火的溫度為950~1200°C，淬火的保溫時(shí)間為30~60分鐘；所述回火的溫度為400~450°C;回火保溫的時(shí)間為60~120分鐘；所述烘干的溫度為 200 ~250°C。
[0015]鑰(Mo)，鑰是不銹鋼絲不生銹、耐腐蝕的關(guān)鍵元素；鑰添加劑對(duì)鋼的性能有著很大的影響，把少量鑰加到鋼之中，可使鋼絲具有非常優(yōu)異的性能，可以大大增加彈簧鋼絲的耐磨性能，延長(zhǎng)使用壽命。高強(qiáng)度合金鋼含鑰可以提高鋼材硬度、強(qiáng)度和韌性，并具良好的可焊性和抗腐蝕性能。當(dāng)鑄鐵添加0.3%~1.0%的鑰后，將會(huì)大大提高抗拉、抗彎和抗疲勞強(qiáng)度，還會(huì)提高鑄件結(jié)構(gòu)的均勻性，這對(duì)大型鑄件尤其顯得重要，這些鑄件廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、壓力管道和鑄模等，加工工業(yè)里鑰用得更廣泛。高下使用的模具受熱、機(jī)械交變應(yīng)力作用導(dǎo)致材料疲勞出現(xiàn)裂紋。而利用熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱強(qiáng)、高強(qiáng)度好的鑰或鑰基合金，模具壽命大幅度延長(zhǎng)；向鐵、鋼及其它金屬中加入合金元素便可改善它們的性能，如淬火性、下的強(qiáng)度、耐腐蝕性與耐研磨性。但是鑰的含量過(guò)高時(shí)，則惡化鋼的塑性、韌性和加工性能。因此，在本發(fā)明中，發(fā)明人控制了合金彈簧鋼絲中鑰的含量為0.5~0.9%(重量百分比)，進(jìn)一步優(yōu)選為0.65~0.85%，最優(yōu)可選0.75%。
[0016]碳(C)，碳是穩(wěn)定奧氏體的代表元素，是在彈簧鋼絲中所含的用于提高強(qiáng)度和淬火硬度、確保耐磨損性的重要元素，是獲得高強(qiáng)度和硬度的彈簧鋼絲所必須的。高的碳含量雖然對(duì)鋼絲的強(qiáng)度、硬度、彈性和彈減性能等有利，但不利于鋼絲的塑性和韌性，而且使屈強(qiáng)比降低，脫碳敏感性增大，惡化鋼的抗疲勞性能和加工性能。因此，本發(fā)明需要控制碳的含量，使合金彈簧絲中碳的含量為0.45~0.55% (重量百分比)。
[0017]硅(Si)，硅元素是彈簧鋼絲彈性的最主要貢獻(xiàn)元素，是強(qiáng)化鐵素體組織的元素，同時(shí)還能控制結(jié)晶粒生長(zhǎng)，提高耐酸性，在鑄造鑄件時(shí)增強(qiáng)熔鋼的流動(dòng)性，減少表面缺陷。然而，硅含量過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致降低鋼的塑性和韌性，并導(dǎo)致碳的活性增加，從而在鋼絲的軋制和加熱過(guò)程中發(fā)生脫碳和石墨化的傾向，并使冶煉困難、易形成夾雜物因而惡化鋼絲的抗疲勞性能。因此，控制彈簧鋼絲中硅的含量在0.15~0.30% (重要百分比)，保證彈簧鋼絲在具有足夠的彈性的同時(shí)盡量降低其對(duì)鋼絲的塑性和韌性的不利影響。
[0018]錳(Mn)，在回火時(shí)，錳與磷有強(qiáng)烈的晶界共偏聚傾向，促進(jìn)回火脆性，惡化鋼絲的韌性。但是另一方面，錳是脫氧和脫硫的有效元素，作為脫氧劑使用，在熱處理時(shí)還可以提高彈簧鋼絲的淬透性和強(qiáng)度，添加量小于0.6%時(shí)會(huì)降低N的固溶性而難以起到上述作用。因此，本發(fā)明需要控制在彈簧鋼絲中錳的含量為0.61~0.89% (重量百分比)，進(jìn)一步優(yōu)選可為0.7~0.8%ο
[0019]磷(P)，磷能在鋼液凝固時(shí)形成微觀偏析，隨后在奧氏體化溫度加熱時(shí)偏聚在晶界，使鋼的脆性顯著增大，所以應(yīng)該盡量低地控制彈簧鋼絲中磷的含量，一般將在彈簧鋼絲中磷的含量為0.03% (重量百分比)以下，最好是在0.015%以下。
[0020] 硫(S)，在鋼鐵中總是會(huì)存在或多或少的硫，硫與猛形成硫化猛夾雜并且在晶界也有一定的偏聚，這樣會(huì)惡化鋼絲的韌性和抗疲勞性，因此一般認(rèn)為硫是有害元素，應(yīng)當(dāng)盡量降低鋼中硫大含量。但是，鋼液在凝固過(guò)程中分析出的二次氧化物大多為低熔點(diǎn)相的CaO-Al2O3-SiO2,而鋼液中始終還存在有純態(tài)的Al2O3雜質(zhì)，這種純態(tài)的Al2O3雜質(zhì)也影響彈簧鋼絲的塑性和韌性。但是由于MnS為塑性?shī)A雜，對(duì)這種純態(tài)的Al2O3有一定的包裹作用，從而減少脆性?shī)A雜對(duì)彈簧鋼絲的破壞，所以可以通過(guò)適當(dāng)?shù)靥岣咪撝辛虻暮繌亩^好地提高彈簧鋼絲的塑性和韌性。但是考慮到MnS畢竟是夾雜物，過(guò)多的MnS會(huì)影響到鋼基體的連續(xù)性。因此，對(duì)硫的含量控制同樣是本發(fā)明的關(guān)建，在本發(fā)明中，控制彈簧鋼絲中硫的含量為小于或等于0.025% (重量百分比)。
[0021]鉻(Cr)，鉻能夠有效地提高彈簧鋼絲的淬火性和回火阻抗性，提高鋼絲的強(qiáng)度，并且鉻還可以降低碳的活度，提高鋼絲的浸碳性，并形成微細(xì)碳化物，可降低加熱、軋制和熱處理過(guò)程中的鋼材表面脫碳和石墨化傾向，提高韌性和耐磨損性；但是，鉻含量過(guò)高時(shí)，反而大量形成鉻的碳化物，惡化鋼絲的彈減性能和韌性。因此，在本發(fā)明中，控制合金彈簧絲中鉻的含量為0.80~1.10% (重量百分比)，進(jìn)一步優(yōu)選為0.9~1%。
[0022]釩(V)，釩加入鋼中形成W、VN和/或VCN，在彈簧鋼絲中以VC為主，細(xì)小彌散的VC粒子通過(guò)其對(duì)原始奧氏體晶界的釘扎作用，阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，可以細(xì)化奧氏體晶粒。含釩鋼有明顯的第二相粒子析出，起到沉淀強(qiáng)化的作用，利于提高彈簧鋼絲的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能，但當(dāng)含釩鋼的釩含量過(guò)多時(shí)，析出粒子明顯變粗，失去了上述作用，另外，考慮到所制成的彈簧鋼絲的類(lèi)型而對(duì)鋼絲中釩的含量進(jìn)行控制，本發(fā)明的彈簧鋼絲中釩的含量為0.015~5% (重要百分比)，進(jìn)一步優(yōu)選為0.015~0.1%。
[0023]本發(fā)明所述的彈簧鋼絲可以是硅錳系、硅鉻系、硅鉻釩系、硅鉻鑰系或鉻錳釩系彈黃鋼絲，特別優(yōu)選為絡(luò)猛f凡系中的50CrMoV4彈黃絲。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0025]在本發(fā)明的合金彈簧鋼絲通過(guò)合理地中加入鑰、釩等元素，不僅提高了合金彈簧鋼絲的強(qiáng)度，同時(shí)提高了其韌性、耐腐蝕性能。為生產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用的氣門(mén)彈簧提供了優(yōu)良的原料來(lái)源，徹底解決了目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用合金彈簧絲經(jīng)常出現(xiàn)易發(fā)生塑性變形、易折斷、易銹蝕等問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面以常用的50CrMoV4彈簧絲為例，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例:
[0028]將鐵水(其中各微量成分的含量:4.3%的C、0.02%的S1、0.15%的Μη、0.075%的P、
0.020%的S)加入120噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行初煉，初煉50分鐘后出鋼，出鋼溫度為1750°C，出鋼后通過(guò)添加浙青焦、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、釩鐵調(diào)整鋼水的組成至表1所示的組成，然后在LF爐內(nèi)加入840 kg的含CaO為45%、CaF2為10%的精煉渣，在1600~1650°C溫度條件下精煉45分鐘，精煉后的鋼水在RH真空裝置抽真空10分鐘(真空度小于300Pa的條件下)，最后在6機(jī)6流連鑄機(jī)上澆鑄成280*325mm鑄坯，主機(jī)強(qiáng)制冷卻段冷卻速度為20°C /分鐘，冷卻到1100°C后，采用自然空冷方式冷卻到室溫，制得如表1所示的組成的鑄坯(各化學(xué)組分的含量均在連鑄機(jī)的中間包內(nèi)取樣分析后獲得，單位:％ (重量百分比))。[0029]將表1的鑄坯加熱到1300°C后，全部連軋制成Φ 20，然后空冷到室溫。[0030]按照上述方法制得的Φ 20圓棒經(jīng)1100°C保溫40分鐘正火處理后，再按表2的淬火和回火溫度進(jìn)行油淬和回火熱處理，熱處理后的毛坯樣按GB/T228-2002(金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法)的要求加工成拉伸試樣2個(gè)，按GB4337-84(金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法)的要求加工成旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣15個(gè)，測(cè)定試樣的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rpa2)和抗拉強(qiáng)度(Rm)、斷后伸長(zhǎng)率(A)、斷面收縮率(Z)和疲勞極限。其中規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rpa2)和抗拉強(qiáng)度(Rm)、斷后伸長(zhǎng)率(A)、斷面收縮率(Z)采用GB/T228-2002規(guī)定的方法，在WEW600KN微機(jī)液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試。疲勞極限采用GB4337-84規(guī)定的方法，在QP_6型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)定，其中，試驗(yàn)機(jī)頻率3000轉(zhuǎn)/分鐘，載貨比R = -1，指定107周次為疲勞極限壽命，用升降法測(cè)得疲勞極限規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rpa2)和抗拉強(qiáng)度(Rm)、斷后伸長(zhǎng)率(A)、斷面收縮率(Z)和疲勞極限(oj的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。[0031]表1:合金彈簧絲的各微量組分的含量，單位:％ (重量百分比)[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種合金彈簧絲，其特征在于:以該合金彈簧絲的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述的合金彈簧絲含有 0.45 ~0.55% 的 C、0.80 ~1.10% 的 Cr、0.5 ~0.9% 的 Μο、0.61 ~0.89% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、0 ~0.03% 的 P、0 ~0.025% 的 S 和 0.015 ~5% 的 V，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金彈簧絲，其特征在于:所述的合金彈簧絲含有0.45~0.55% 的 C、0.80 ~1.10% 的 Cr、0.65 ~0.85% 的 Mo、0.65 ~0.85% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的Si,O ~0.03% 的 P、0 ~0.025% 的 S 和 0.015 ~3% 的 V，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的合金彈簧絲，其特征在于:所述的合金彈簧絲含有0.45 ~0.55% 的 C、0.80 ~1% 的 Cr、0.75% 的 Mo、0.7 ~0.8% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、O ~0.015% 的 P、0 ~0.015% 的 S 和 0.015 ~0.1% 的 V，余量為 Fe。
4.一種制備如權(quán)利要求1-3任一所述的合金彈簧絲的方法，其特征在于:該方法依次包括以下步驟:(I)將彈簧絲的原料進(jìn)行初煉；(2)精煉；(3)冷卻成型；(4)軋制；(5)淬火；(6)回火；(7)涂層并烘干；(8)拉制成彈簧絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備合金彈簧絲的方法，其特征在于:所述制備方法制造得的彈簧絲以其質(zhì)量為基準(zhǔn)，含有0.45~0.55%的C、0.80~1.10%的Cr、0.5~0.9%的Mo、0.61 ~0.89% 的 Μη、0.15 ~0.30% 的 S1、0 ~0.03% 的 P、0 ~0.025% 的 S 和 0.015 ~5%的V，余量為Fe。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備合金彈簧絲的方法，其特征在于:所述初煉的溫度為1700~1850°C，初煉的時(shí)間為30~50分鐘；所述精煉的溫度為1600~1650°C，精煉的時(shí)間為30~55分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備合金彈簧絲的方法，其特征在于:所述冷卻成型包括先以冷卻速度為15~25°C /分鐘冷卻至1100°C以下，然后自然冷卻至室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備合金彈簧絲的方法，其特征在于:所述軋制包括連軋或半連軋。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備合金彈簧絲的方法，其特征在于:所述淬火的溫度為950~1200°C，淬火的保溫時(shí)間為30~60分鐘；所述回火的溫度為400~450°C ;回火保溫的時(shí)間為60~120分鐘；所述烘干的溫度為200~250°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/24GK103614634SQ201310624128
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】張瑞杰 申請(qǐng)人:柳城縣鼎銘金屬制品有限公司