本發(fā)明涉及一種構(gòu)成超高強(qiáng)度鋼的鋼組合物。用于超高強(qiáng)度鋼的鋼組合物具有改善的拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，所述超高強(qiáng)度鋼適合用作車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧。

背景技術(shù)：

隨著化石燃料儲(chǔ)量的下降以及油價(jià)的突然升高和變動(dòng)，改進(jìn)車輛燃料效率的研究正在進(jìn)行。對(duì)于燃料效率改進(jìn)，重要的是使車身重量減輕的設(shè)計(jì)以及通過(guò)減少系統(tǒng)連接處的摩擦使能量損失最小化。此外，通過(guò)改善發(fā)動(dòng)機(jī)自身排氣控制時(shí)的動(dòng)力特性使得輸出效率最大化有助于燃料效率。就改善燃料效率而言，已經(jīng)進(jìn)行了通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的動(dòng)力組件的重量以減少動(dòng)荷載的研究。

在動(dòng)力組件之中，由于車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧直接控制動(dòng)荷載，發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧是當(dāng)車輛重量降低時(shí)有助于燃料效率的部件。通常，氣門彈簧主要由拉伸強(qiáng)度為1900MPa的硅化鉻(CrSi)鋼或者拉伸強(qiáng)度為2100MPa的硅化鉻釩(CrSiV)鋼制備。近來(lái)，已經(jīng)嘗試通過(guò)向CrSiV鋼中加入合金元素，以使用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧的鋼的拉伸強(qiáng)度增加至2550MPa的水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種鋼組合物，特別是一種用于超高強(qiáng)度彈簧鋼的鋼組合物。因此，通過(guò)優(yōu)化鉬(Mo)、鎳(Ni)、釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鋯(Zr)和釔(Y)的含量，可以大大改進(jìn)拉伸強(qiáng)度，且通過(guò)調(diào)節(jié)其中形成的夾雜物可以改進(jìn)疲勞強(qiáng)度。

在一方面，本發(fā)明提供一種鋼組合物。該鋼組合物可以用在適用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣門彈簧鋼的超高強(qiáng)度彈簧鋼中。鋼組合物可以包括：含量為大約0.5-0.7wt％的碳(C)；含量為大約1.3-2.3wt％的硅(Si)；含量為大約0.6-1.2wt％的錳(Mn)；含量為大約0.6-1.2wt％的鉻(Cr)；含量為大約0.1-0.5wt％的鉬(Mo)；含量為大約0.05-0.8wt％的鎳(Ni)；含量為大約0.05-0.5wt％的釩(V)；含量為大約0.05-0.5wt％的鈮(Nb)；含量為大約0.05-0.3wt％的鈦(Ti)；含量為大約0.01-3wt％的鈷(Co)；含量為大約0.001-0.2wt％的鋯(Zr)；含量為大約0.01-1.5wt％的釔(Y)；含量為大約0.3wt％或更低但高于0wt％的銅(Cu)；含量為大約0.3wt％或更低但高于0wt％的鋁(Al)；含量為大約0.03wt％或更低但高于0wt％的氮(N)；含量為大約0.003wt％或更低但高于0wt％的氧(O)；以及組成鋼組合物的余量的鐵(Fe)。本文呈現(xiàn)的所有wt％均基于鋼組合物的總重而言。

優(yōu)選地，彈簧鋼可具有大約3000MPa或更高的拉伸強(qiáng)度。優(yōu)選地，彈簧鋼可具有大約1200MPa或更高的疲勞強(qiáng)度。優(yōu)選地，彈簧鋼可具有大約2500MPa或更高的屈服強(qiáng)度。優(yōu)選地，彈簧鋼可具有大約750HV或更高的硬度。優(yōu)選地，彈簧鋼可以包括尺寸為大約15μm或更低的夾雜物。

具體而言，大約10％或更少份數(shù)的夾雜物具有大約10-15μm的尺寸，大約90％或更高份數(shù)的夾雜物具有大約10μm的尺寸。

如本文所用的術(shù)語(yǔ)“夾雜物”是指以嵌入在其他物質(zhì)(例如基體)形成的合金顆粒或者獨(dú)特的合金物質(zhì)。優(yōu)選地，夾雜物可以形成為在夾雜物本體與基體之間具有獨(dú)特的邊界，從而對(duì)基體提供另外的性質(zhì)。例如，如本文所述的鋼組合物的組分可以形成夾雜物，例如包括過(guò)渡金屬元素的碳化物以及包括過(guò)渡金屬元素的氮化物，以使那些夾雜物可以形成為具有系列尺寸的獨(dú)特顆粒。具體地，通過(guò)抑制軟化、斷裂韌性等，夾雜物可以提供合適的物理或化學(xué)性質(zhì)，例如淬透性、強(qiáng)度。

本發(fā)明還提供了一種鋼組合物，其可以由上述組分組成，或者基本上由上述組分組成。例如，鋼組合物可以由以下組分組成，或者基本上由其組成：含量為大約0.5-0.7wt％的碳(C)；含量為大約1.3-2.3wt％的硅(Si)；含量為大約0.6-1.2wt％的錳(Mn)；含量為大約0.6-1.2wt％的鉻(Cr)；含量為大約0.1-0.5wt％的鉬(Mo)；含量為大約0.05-0.8wt％的鎳(Ni)；含量為大約0.05-0.5wt％的釩(V)；含量為大約0.05-0.5wt％的鈮(Nb)；含量為大約0.05-0.3wt％的鈦(Ti)；含量為大約0.01-3wt％的鈷(Co)；含量為大約0.001-0.2wt％的鋯(Zr)；含量為大約0.01-1.5wt％的釔(Y)；含量為大約0.3wt％或更低但高于0wt％的銅(Cu)；含量為大約0.3wt％或更低但高于0wt％的鋁(Al)；含量為大約0.03wt％或更低但高于0wt％的氮(N)；含量為大約0.003wt％或更低但高于0wt％的氧(O)；以及組成鋼組合物的余量的鐵(Fe)。本文呈現(xiàn)的所有wt％均基于鋼組合物的總重而言。

進(jìn)一步提供了一種彈簧鋼，其可以包括如本文所述的鋼組合物。

再進(jìn)一步提供了一種車輛部件，其可以包括如本文所述的鋼組合物。車輛部件可以是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中由上述鋼組合物或彈簧鋼制成的氣門彈簧。

本文公開了本發(fā)明的其他方面。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下詳細(xì)描述結(jié)合附圖，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1是顯示實(shí)施例和比較例的鋼組合物的組分的表；

圖2是顯示由圖1中實(shí)施例和比較例的鋼組合物制得的鋼的物理性質(zhì)和性能的表；

圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的鋼在不同溫度下的相轉(zhuǎn)變的圖；且

圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的示例性鋼組合物在不同溫度下相轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體的圖。

具體實(shí)施方式

本文使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了說(shuō)明具體實(shí)施方式，而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種、該(a、an、the)”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外清楚指明。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任何和所有組合。

除非具體說(shuō)明或從上下文顯而易見(jiàn)，否則本文所用的術(shù)語(yǔ)“約”理解為在本領(lǐng)域的正常容許范圍內(nèi)，例如在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)?！凹s”可以理解為在所述數(shù)值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內(nèi)。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數(shù)值都由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。

應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其它代用燃料車(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車是具有兩種或多種動(dòng)力源的車輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。

出于說(shuō)明性的目的，通過(guò)參考多個(gè)示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的主旨進(jìn)行了描述。雖然本文對(duì)本發(fā)明的那些示例性實(shí)施方式進(jìn)行了具體描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，相同的主旨等同適用于，并且可以應(yīng)用在其他系統(tǒng)和方法中。在詳細(xì)解釋本發(fā)明公開的實(shí)施方式之前，應(yīng)當(dāng)理解本公開在應(yīng)用上不局限于所示的任何具體實(shí)施方式中的細(xì)節(jié)。另外，本文所用的術(shù)語(yǔ)是出于說(shuō)明的而不是限制性的目的。此外，雖然某些方法是結(jié)合本文中以一定順序呈現(xiàn)的步驟加以描述，但在許多情況下，這些步驟可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到的任何順序?qū)嵤灰虼?，所述的新方法不限于本文公開的具體步驟排列。

圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的組成超高強(qiáng)度彈簧鋼的示例性鋼組合物在不同溫度下的相轉(zhuǎn)變的圖，圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的組成超高強(qiáng)度彈簧鋼的示例性鋼組合物在不同溫度下相轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體的圖。

用于適合用作車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中氣門彈簧鋼的超高強(qiáng)度彈簧鋼的鋼組合物可以具有大大改進(jìn)的性質(zhì)例如拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，因?yàn)槠渲饕辖鸾M分的含量得到優(yōu)化。具體而言，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的鋼組合物可以包括：含量為大約0.5-0.7wt％的碳(C)；含量為大約1.3-2.3wt％的硅(Si)；含量為大約0.6-1.2wt％的錳(Mn)；含量為大約0.6-1.2wt％的鉻(Cr)；含量為大約0.1-0.5wt％的鉬(Mo)；含量為大約0.05-0.8wt％的鎳(Ni)；含量為大約0.05-0.5wt％的釩(V)；含量為大約0.05-0.5wt％的鈮(Nb)；含量為大約0.05-0.3wt％的鈦(Ti)；含量為大約0.01-3wt％的鈷(Co)；含量為大約0.001-0.2wt％的鋯(Zr)；含量為大約0.01-1.5wt％的釔(Y)；含量為大約0.3wt％或更低但高于0wt％的銅(Cu)；含量為大約0.3wt％或更低但高于0wt％的鋁(Al)；含量為大約0.03wt％或更低但高于0wt％的氮(N)；含量為大約0.003wt％或更低但高于0wt％的氧(O)；以及組成鋼組合物的余量的鐵(Fe)。

以下，將描述在根據(jù)本發(fā)明的組合物中組分的數(shù)值限制的原因。除非另有說(shuō)明，以下說(shuō)明書中給出的單位wt％表示基于鋼組合物的總重的重量％。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.5-0.7wt％的含量包括如本文所用的碳(C)。鋼的強(qiáng)度隨著碳含量的增加而提高。當(dāng)碳含量小于大約0.5wt％時(shí)，由于當(dāng)熱處理時(shí)淬火性質(zhì)不足，鋼的強(qiáng)度提高可能比較輕微。另一方面，當(dāng)碳含量高于大約0.7wt％時(shí)，在淬火時(shí)可能引發(fā)馬氏體相的形成，導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度和韌性的降低。在上述范圍內(nèi)，可以提供具有高強(qiáng)度和延展性的鋼。

基于鋼組合物的總重，可以以大約1.3-2.3wt％的含量包括如本文所用的硅(Si)。當(dāng)用在具有鐵的鐵氧體中形成固溶體時(shí)，硅可以使強(qiáng)度和抗回火軟化性提高。當(dāng)硅含量低于大約1.3wt％時(shí)，鋼的抗回火軟化性可能降低。另一方面，當(dāng)硅含量高于大約2.3wt％時(shí)，在熱處理時(shí)可能發(fā)生脫碳。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.6-1.2wt％的含量包括如本文所用的錳(Mn)。當(dāng)在基體中形成固溶體時(shí)，錳可起到改善彎曲疲勞強(qiáng)度和淬火性質(zhì)的作用。當(dāng)所包含的錳的含量小于大約0.6wt％時(shí)，錳可能無(wú)法保證淬火性質(zhì)。當(dāng)所包含的錳的含量高于大約1.2wt％時(shí)，韌性可能劣化。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.6-1.2wt％的含量包括如本文所用的鉻(Cr)。鉻可以具有多種功能，例如，在回火時(shí)引發(fā)對(duì)韌性有用的碳化物沉積物的形成，改善淬透性，以及通過(guò)抑制軟化使強(qiáng)度增加。此外，鋼的韌性可以通過(guò)鉻含量帶來(lái)的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化而得到改善。當(dāng)鉻含量為大約0.6wt％或更高時(shí)，鉻可以改善回火軟化、脫碳、淬火和耐腐蝕性。當(dāng)鉻含量為大約1.2wt％時(shí)，可能過(guò)度地形成大量的晶界碳化物，從而使強(qiáng)度劣化、脆性增加。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.1-0.5wt％的含量包括如本文所用的鉬(Mo)。類似于鉻，鉬可以形成微觀結(jié)構(gòu)碳化物沉積，從而改善強(qiáng)度和斷裂韌性。具體而言，均勻形成尺寸為大約1-5nm的TiMoC可以改善耐回火性并保證耐熱性和高強(qiáng)度。當(dāng)鉬以小于大約0.1wt％的量使用時(shí)，鉬可能無(wú)法形成碳化物，從而無(wú)法獲得足夠的強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)鉬含量大于大約0.5wt％時(shí)，由于碳化物沉積和強(qiáng)度改善效應(yīng)已經(jīng)得到飽和，成本可能增加。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.05-0.8wt％的含量包括如本文所用的鎳(Ni)。鎳可以提供鋼的耐腐蝕性并改善耐熱性、低溫脆性(cold shortness)、淬透性、尺寸穩(wěn)定性和可定型性(settability)。當(dāng)鎳含量小于大約0.05wt％時(shí)，鋼可能具有劣化的耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性。另一方面，當(dāng)鎳含量大于大約0.8wt％時(shí)，鋼可能遭受紅熱脆性(red shortness)。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.05-0.5wt％的含量包括如本文所用的釩(V)。釩可以改善微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化、耐回火性、尺寸穩(wěn)定性和可定型性，并改善耐熱性和高強(qiáng)度。此外，釩可以形成微觀結(jié)構(gòu)沉積物碳化釩(VC)，以提高斷裂韌性。具體而言，微觀結(jié)構(gòu)沉積物VC可以限制晶界的遷移。在奧氏體化時(shí)V可以溶解，形成固溶體，并且在回火時(shí)可以沉積，產(chǎn)生二次硬化。當(dāng)釩含量小于大約0.05wt％時(shí)，可能無(wú)法防止斷裂韌性的下降。當(dāng)釩含量大于大約0.5wt％時(shí)，鋼可能包含粗糙的沉積物，且淬火后的強(qiáng)度可能降低。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.05-0.5wt％的含量包括如本文所用的鈮(Nb)。鈮可以引發(fā)微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化，通過(guò)氮化作用使鋼表面硬化，改善尺寸穩(wěn)定性。碳化鈮(NbC)的形成可以提高鋼強(qiáng)度，控制其它碳化物(例如，CrC、VC、TiC、MoC)的形成速率。當(dāng)鈮含量小于大約0.05wt％時(shí)，鋼的強(qiáng)度可能降低，可能具有不均勻的碳化物分布。當(dāng)鈮含量大于大約0.5wt％時(shí)，其他碳化物的形成可能受到限制。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.05-0.3wt％的含量包括如本文所用的鈦(Ti)。與Nb和Al類似，鈦可以防止或限制晶粒的再結(jié)晶和生長(zhǎng)。此外，鈦可以形成納米碳化物，例如TiC、TiMoC等，并與氮反應(yīng)形成氮化鈦(TiN)，其限制晶粒生長(zhǎng)。此外，鈦可以形成TiB₂，其干擾B和N之間的結(jié)合，從而使BN引發(fā)的淬火性質(zhì)退化最小化。當(dāng)鈦含量小于大約0.05wt％時(shí)，可以形成其他夾雜物例如Al₂O₃，因此降低疲勞耐久性。當(dāng)鈦含量大于大約0.3wt％時(shí)，鈦可能干擾其他合金元素的作用，因此成本可能增加。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.001-0.2wt％的含量包括如本文所用的鋯(Zr)。加入鋯可以形成沉積物，除去N、O和S，延長(zhǎng)鋼的壽命，降低非金屬夾雜物的尺寸。當(dāng)Zr含量小于大約0.001wt％時(shí)，非金屬夾雜物的尺寸可能增加而不形成碳化物。當(dāng)Zr含量大于大約0.2wt％時(shí)，ZrO₂可能過(guò)量形成，由于強(qiáng)度改善效應(yīng)已經(jīng)得到飽和，成本可能增加。

基于鋼組合物的總重，可以以大約0.01-1.5wt％的含量包括如本文所用的釔(Y)。釔可以提高高溫穩(wěn)定性，改善耐熱性和韌性。當(dāng)合金暴露于高溫下時(shí)，釔可以形成氧化物，可預(yù)防合金表面上的氧化和腐蝕，以改善耐燃性和耐化學(xué)性。當(dāng)釔含量小于大約0.001wt％時(shí)，高溫穩(wěn)定性可能會(huì)劣化。另一方面，當(dāng)釔含量大于大約1.5wt％時(shí)，生產(chǎn)成本可能大大增加，可焊性可能降低，在鋼的制造期間可能出現(xiàn)不均勻性。

基于鋼組合物的總重量，可以以大約0.3wt％或更低但高于0wt％的含量包括如本文所用的銅(Cu)。銅可以提高淬火性質(zhì)和回火后的強(qiáng)度，改善鋼的耐腐蝕性。由于過(guò)量的銅可能使生產(chǎn)成本增加，可以將銅含量有利地限制在0.3％或更低。

基于鋼組合物的總重量，可以以大約0.3wt％或更低但高于0wt％的含量包括如本文所用的鋁(Al)。鋁可以與氮形成氮化鋁(AlN)，以引發(fā)奧氏體的細(xì)化并改善強(qiáng)度和沖擊韌性。具體而言，鋁連同Nb、Ti和Mo一起加入可以減少昂貴的元素的量，例如，用于微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化的釩和用于改善韌性的鎳。然而，由于過(guò)量的鋁使鋼變軟，可以將鋁的含量限制在大約0.3wt％或更低。

基于鋼組合物的總重量，可以以大約0.03wt％或更低但高于0wt％的含量包括如本文所用的氮(N)。氮可以與Al和Ti形成AlN和TiN，從而提供微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化。具體而言，TiN可以改善硼的淬火性能。然而，由于過(guò)量的氮可與硼反應(yīng)從而降低淬火性能，可以將氮的含量有利地限制在0.03wt％或更低。

基于鋼組合物的總重量，可以以大約0.003wt％或更低但高于0wt％的含量包括如本文所用的氧(O)。氧可以與Si或Al結(jié)合以形成非金屬的氧化物類夾雜物，從而引發(fā)疲勞壽命性質(zhì)的降低。因此，鋼組合物中需要最小量的氧。優(yōu)選地，氧的含量可以至多為0.003wt％。

除了前述組分，超高強(qiáng)度彈簧鋼可以包括組成鋼組合物的余量的鐵(Fe)以及不可避免的雜質(zhì)，以形成100％。

實(shí)施例

以下，將參考實(shí)施例和比較例提供詳細(xì)說(shuō)明。

制備

在用于商業(yè)可得的彈簧鋼的條件下制備實(shí)施例和比較例的彈簧鋼。將來(lái)自熔融鋼的盤條通過(guò)等溫處理、拔絲、淬火-回火和焊接淬火的連續(xù)過(guò)程制備成鋼絲，其中盤條中使用如圖1所示的不同含量的組分。簡(jiǎn)言之，將盤條在940-960℃的溫度下保持3-5分鐘，冷卻至640-660℃的溫度并在該溫度下保持2-4分鐘，接著冷卻至18-22℃的溫度0.5-1.5分鐘。采用這樣的等溫處理以促進(jìn)隨后的拔絲過(guò)程。通過(guò)熱處理，在盤條中形成珠光體。

在等溫處理之后，使盤條經(jīng)過(guò)多步拔絲以具有目標(biāo)絲直徑。例如，將盤條拉伸為具有3.3mm的直徑。

將拉伸的盤條加熱至940-960℃的溫度并保持3-5分鐘，淬火至45-55℃的溫度，接著回火0.5-1.5分鐘。此后，將盤條再次加熱至440-460℃的溫度并保持2-4分鐘，然后進(jìn)行焊接淬火。通過(guò)淬火和回火形成馬氏體為盤條提供了強(qiáng)度，同時(shí)通過(guò)焊接淬火形成回火馬氏體提供了強(qiáng)度和韌性。

測(cè)試?yán)?/u>

在測(cè)試?yán)?，考察了?shí)施例和比較例的彈簧鋼的物理性質(zhì)。

對(duì)實(shí)施例和比較例的彈簧鋼測(cè)試了屈服強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、模壓性能、疲勞壽命、夾雜物控制以及碳分?jǐn)?shù)和碳活性的改善，結(jié)果示于圖2中。

就此而言，根據(jù)KS B 0802(韓國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))用20-噸測(cè)試儀對(duì)直徑3.3mm的樣品測(cè)量屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，根據(jù)KS B 0811(韓國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))在300gf下用micro Vickers硬度試驗(yàn)機(jī)測(cè)量硬度。根據(jù)KS B ISO 1143(韓國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)樣品測(cè)量疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。當(dāng)制造并模制出直徑/鋼絲直徑為6.5且匝數(shù)為8的10,000個(gè)氣門彈簧且沒(méi)有斷裂發(fā)生時(shí)，模壓性能被認(rèn)為是正常的。

對(duì)于夾雜物控制，將各樣品平行卷繞，沿著中線切割。用Max.t-法測(cè)量在60mm²切割表面的區(qū)域中存在的B-型和C-型夾雜物的最大尺寸。測(cè)量在顯微鏡下以400-500倍的放大率進(jìn)行。當(dāng)鋼具有10％或更低份數(shù)的尺寸為10-15μm的夾雜物以及90％或更高份數(shù)的尺寸為10μm或更小的夾雜物、且不具有大于15μm的尺寸的夾雜物時(shí)，確定為正常狀態(tài)。B-型夾雜物是在加工方向上不連續(xù)地排成一組的多個(gè)顆粒狀?yuàn)A雜物，其可以為例如氧化鋁(Al₂O₃)夾雜物。C-型夾雜物是通過(guò)不規(guī)則分散形成而沒(méi)有粘滯變形的夾雜物，其可以為例如二氧化硅(SiO₂)夾雜物。

使用基于熱力學(xué)DB的ThermoCalc軟件計(jì)算碳分?jǐn)?shù)和碳活性的改善。具體而言，使用SEM-EDX通過(guò)對(duì)元素分布作圖來(lái)測(cè)量碳分?jǐn)?shù)。

結(jié)果

如從圖2的數(shù)據(jù)中所了解的，缺少M(fèi)o、Ni、V、Nb、Ti、Co、Zr和Y的常規(guī)鋼雖然在夾雜物控制方面得以通過(guò)，但不滿足本公開對(duì)于屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、模壓性能和疲勞壽命的任何要求。

比較例1-16的鋼與根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的實(shí)施例的組分含量不同，無(wú)法滿足本發(fā)明的任何要求，雖然它們與常規(guī)鋼相比在屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、模壓性能和疲勞壽命中得到了部分的改善。

特別地，與常規(guī)鋼相比，包含較少量Mo的比較例1的鋼未能獲得足夠的屈服強(qiáng)度，沒(méi)有得到硬度的改善，而且在疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命方面有降低。

比較例6包含比本發(fā)明的示例性實(shí)施方式更多量的釩，比較例11包含比本發(fā)明的示例性實(shí)施方式更少量的硼，比較例16包含比本發(fā)明的示例性實(shí)施方式更多量的釔。這些鋼在夾雜物控制中是失敗的，因?yàn)樗鼈兊膴A雜物粗糙或者受到鋼制造過(guò)程中不均勻熔融鋼的不利影響。

在比較例9中，Ti含量比本發(fā)明的示例性實(shí)施方式少。由于促進(jìn)了其他夾雜物例如Al₂O₃的形成，鋼具有劣化的疲勞耐久性，因此與常規(guī)鋼相比，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命降低。

比較例11包含與本發(fā)明的示例性實(shí)施方式相比更少量的鈷，比較例16包含與本發(fā)明的示例性實(shí)施方式相比更高量的釔。這些鋼之在模壓性能和夾雜物控制中均是失敗的，因?yàn)樗鼈兙哂辛踊目杉庸ば院透邷胤€(wěn)定性，或者它們的夾雜物受到鋼制造過(guò)程中的不均勻熔融鋼的不利影響。

相反地，實(shí)施例1-3的鋼包含根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的含量的組分，并且它們均顯示出2500MPa或更高的屈服強(qiáng)度、3000MPa或更高的拉伸強(qiáng)度以及750HV或更高的硬度。此外，它們均測(cè)定有1200MPa或更高的疲勞強(qiáng)度，通過(guò)了模壓性能和夾雜物控制的測(cè)試。在根據(jù)本公開的鋼中測(cè)得超過(guò)500,000個(gè)循環(huán)的疲勞壽命，與常規(guī)鋼相比，它們?cè)谔挤謹(jǐn)?shù)中得到7％或更高的改善，碳活性改善3％。

圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的用于超高強(qiáng)度彈簧鋼的示例性鋼組合物在不同溫度下的相轉(zhuǎn)變的圖，圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的用于超高強(qiáng)度彈簧鋼的示例性鋼組合物在不同溫度下相轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體的圖。

在圖3中，顯示了具有Fe-2.2Si-0.7Mn-0.9Cr-0.66C-0.3Ni-0.3Mo-0.3V-0.15Ti-0.1Co-0.1Zr-0.1Y的合金組成的示例性鋼在溫度范圍下的相轉(zhuǎn)變。如圖3所示，鋼具有多種微夾雜物例如CrC和VC，以及在固化期間形成的富Ti或富Zr的碳化物，因此期待其在強(qiáng)度和疲勞壽命中有改善。

在圖4中，顯示了具有Fe-2.2Si-0.7Mn-0.9Cr-0.66C-0.3Ni-0.3Mo-0.3V-0.15Ti-0.1Co-0.1Zr-0.1Y的合金組成的示例性鋼在溫度范圍下相轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體。從圖4的數(shù)據(jù)可以理解，滲碳體中的八個(gè)元素發(fā)生了復(fù)雜的行為，因此預(yù)期到了微碳化物的不均勻分布。

如本文所述，可以提供可由根據(jù)本發(fā)明的鋼組合物獲得的超高強(qiáng)度彈簧鋼，其通過(guò)使主要合金組分的含量?jī)?yōu)化而具有3000MPa的拉伸強(qiáng)度，通過(guò)夾雜物細(xì)化而具有1200MPa的疲勞強(qiáng)度。雖然出于說(shuō)明性的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不偏離如所附權(quán)利要求公開的發(fā)明的范圍和精神之下，多種變形、添加和替代是可能的。