本發(fā)明屬于鋼鐵冶金生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種耐腐蝕彈簧鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：汽車用鋼板彈簧(板簧)的制作材料為彈簧扁鋼。隨著我國重型汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車用板簧的需求有了更高的要求。目前汽車用板簧及彈扁的主要牌號為60si2mn、50crva、50crv4、sup9等，不具有耐候性能。為了防止大氣的銹蝕，用這些牌號的彈扁制作的板簧或板簧總成必須要刷漆或鍍鎳等表面處理，以防止生銹。隨著汽車輕量化發(fā)展需求推動汽車用彈簧材料強度不斷提高，高強度彈簧鋼取代低強度級別彈簧鋼的發(fā)展是必然趨勢。此外，彈簧材料強度提高后，其在潮濕環(huán)境中(含cl-離子)其極易發(fā)生腐蝕斷裂，影響車輛安全。因此，本發(fā)明旨在提供一種抗拉強度達到1500mpa以上，同時具有良好抗腐蝕斷裂性能的汽車彈簧用材料及其制備方法，可滿足汽車行業(yè)發(fā)展要求。經(jīng)檢索，在所查公開發(fā)表文獻中，有關(guān)于耐腐蝕彈簧鋼及其生產(chǎn)或制造方法的報道中：中國專利申請?zhí)朿n201510096873.1公開了一種耐候彈簧扁鋼，按重量百分比計，其成分為：si0.30～0.40％、mn0.85～0.95％、c0.54～0.62％、cr0.85～0.95％、b0.001～0.004％、p≤0.025％、s≤0.020％、ni≤0.25％、cu≤0.25％、鋼材中n≤0.0070％，余量為fe；生產(chǎn)該鋼種的熱處理制度如下：淬火溫度830～860℃，淬火介質(zhì)：油，回火溫度470～530℃。該鋼抗回火彈性較差，主要是其含硅量較低；同時，其強度較低，屈服強度均值為1340mpa，抗拉強度均值為1400mpa，不適宜用于中型、重型系列卡車，不適合汽車輕量化發(fā)展。中國專利申請?zhí)朿n201511033571.6公開了一種耐腐蝕彈簧鋼及熱處理工藝，該彈簧鋼由以下成分及重量百分比組成：c0.400～0.600％、si1.650～2.400％、mn0.210～0.750％、cu0.050～0.100％、cr0.750～3.700％、b0.008～0.010％、mo0.002～0.500％、nb0.005～0.200％、ta0.005～0.2000％、re0.050～1.00％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。此彈簧鋼制成的彈簧壽命可延長20-30％。本發(fā)明熱處理工藝采取雙介質(zhì)淬火避免了單純在水中淬火工件易變形開裂、單純在油中淬火工件不易淬透的兩大缺點，保證工件具有較好的機械性能。該鋼所含有的re具有脫氧脫硫和對非金屬夾雜物變形處理的作用，小于0.005％起不到上述作用，但含量超過0.10％，則由于夾雜物量增加，反而惡化鋼的韌性和抗疲勞性能。中國專利申請?zhí)朿n201610683063.0公開了一種高強度耐腐蝕彈簧鋼及其加工工藝，涉及彈簧鋼及其表面處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，所述高強度耐腐蝕彈簧鋼由以下重量份的物質(zhì)組成：碳0.2～0.7％，錳0.8～1.6％，硅0.45～1.3％，鋯4.28～4.98％，鉬0.31～0.45％，硼0.0031～0.0049％，鎢0.05～0.2％，鈮0.005～0.008％，鈦0～0.018％，稀土金屬0.05～0.18％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵，本發(fā)明通過合理調(diào)節(jié)各元素的比例，改善了彈簧的加工性能，使彈簧的強度提高了10-12％、壽命提高了12倍。該發(fā)明鋼成分復(fù)雜多樣，生產(chǎn)控制難度大，且含有較多貴重的合金元素，成本不會低。中國專利申請?zhí)朿n201410800850.x公開了一種耐腐蝕的不銹鋼彈簧鋼，所述的耐腐蝕的不銹鋼彈簧鋼包括最上層的高速鋼層、中間層的增稠劑和最下層的低合金高強度彈簧鋼層組合而成，所述高速鋼層為釩高速鋼，所述低合金高強度彈簧鋼層為鍍鎳彈簧鋼，所述的高速鋼層占耐腐蝕的不銹鋼彈簧鋼總體分量的57％-62％。由于該鋼含有較多較貴重的v、ni合金元素，生產(chǎn)成本極其高昂，市場接受度極低。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種耐腐蝕彈簧鋼，它具有優(yōu)異的力學(xué)性能能和耐蝕性能，且涉及的制備方法簡單、成本低，適合推廣應(yīng)用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種耐腐蝕彈簧鋼，各組分及其所占質(zhì)量百分比含量為：c0.50～0.64％，si1.5～2.0％，mn0.70～1.00％，p0.05～0.09％，s≤0.015％，cr0.75～1.10％，cu0.12～0.50％，nb0.01～0.05％，其余為fe和雜質(zhì)元素。上述一種耐腐蝕彈簧鋼的制備方法，依次包括高爐鐵水、鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、lf精煉、rh真空處理、方坯保護澆注、方坯加熱、軋制、冷床緩冷步驟，具體步驟如下：1)高爐鐵水：煉鋼爐中裝料，進行熔煉得高爐鐵水；2)鐵水脫硫：采用噴鎂粉脫硫工藝，控制出站鐵水硫含量[s]≤0.005％，罐內(nèi)脫硫渣要扒干凈；3)轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑挘簭U鋼裝入量占總裝入量的10～15％；轉(zhuǎn)爐采用頂-底復(fù)合吹煉，終點采用高拉補吹工藝，補吹次數(shù)≤2次；終渣堿度≥2.5；轉(zhuǎn)爐終點c控制目標≥0.06～0.35％；出鋼溫度≥1650℃；出鋼時間3～9min，擋渣出鋼，鋼包渣層厚度≤100mm(目標)；脫氧(脫氧劑采用硅鐵)及合金化：出鋼1/4～5/12時，隨鋼流加入合金材料和增碳劑；鋼水出至2/3～4/5時合金、增碳劑必須全部加入，c、si、mn、p、cr、cu、nb成分按內(nèi)控范圍的中限控制；4)lf精煉：根據(jù)渣況適當(dāng)加入活性石灰、螢石，調(diào)整爐渣的成分，堿度≤3.0；采用硅合金材料脫氧；精煉時間≥25min，精煉過程全程吹氬；調(diào)好成分后，嚴禁大氬量攪拌使鋼水裸露；5)rh真空處理：真空度≤100pa，處理時間不低于15min，確保鋼中氣體含量較低；6)連鑄：采用大罐長水口和結(jié)晶器浸入式水口保護澆注，浸入深度100～200mm；中包保護渣采用堿性保護渣；中包鋼水過熱度20～30℃；二冷水采用soft2#水表配水弱冷；鑄坯拉速應(yīng)與鋼水溫度匹配，拉速控制目標為1.0～2.5m/min；7)鋼坯加熱、軋制、冷床緩冷：鋼坯加熱均熱段溫度：1100～1200℃，加熱時間≥100min，不得過熱、過燒；開軋溫度：1050～1100℃，終軋溫度≤1050℃；經(jīng)平立交替的短應(yīng)力高剛度軋機多道次軋制后，一般軋制道次不少于12道，將緩冷蓋板放下呈一定傾斜角，傾斜角范圍5～90°，鋼材在步進齒條式冷床上緩慢冷卻，嚴禁對終軋后的彈簧鋼淋水；采用控溫軋制和冷床蓋板緩冷角度的精確實施，可大幅減低含銅鋼裂紋幾率。上述方案中，步驟2)中所述合金材料為硅鐵、硅錳、高碳鉻鐵、銅板和鈮鐵；增碳劑為碳粉。上述方案中，步驟1)中煉鋼爐裝料時加入脫磷劑，可增加熔池處于低溫區(qū)時渣中(cao)和(feo)的含量，促使煉鋼爐在碳激烈氧化之前的低溫階段完成脫磷任務(wù)，確保后期實現(xiàn)高碳低氧出鋼。上述方案中，所述脫磷劑可選用石灰等；其添加量為2.1～5.6kg/t鋼。上述方案中，所述連鑄步驟中，采用中間包感應(yīng)加熱和電弧加熱技術(shù)，可實現(xiàn)低過熱度連鑄過程，保證鑄坯偏析較小，有利于鋼材成分和組織的均勻性，減少組織內(nèi)應(yīng)力提升鋼材耐腐蝕性能。以下對本發(fā)明鋼中各元素作用及其控制條件進行分析說明：c：c是決定鋼強度的主要元素，隨著c含量的增加鋼的強度、硬度增加而塑性和韌性下降，c含量若低于0.50％，則很難保證彈簧鋼的強度，另一方面c含量若高于0.64％，鑄坯加熱過程中脫碳嚴重，還會惡化鋼的焊接性能和韌性；因此，將c含量控制在0.50～0.64wt％，優(yōu)選為0.52～0.62wt％。si：si是保證彈簧鋼彈性的最主要貢獻元素，具有明顯的固溶強化作用，它不形成碳化物，基本上以固溶狀態(tài)存在于鋼中，在常用合金元素中硅的固溶強化作用最強；能提高鋼的強度，也是煉鋼的脫氧元素，但含量不宜過高，以免降低鋼的韌性和塑性，并導(dǎo)致碳的活性增加，從而增加鋼的脫碳和石墨化傾向，并易形成c類硅酸鹽夾雜物而惡化鋼的疲勞性能；故si含量控制在1.5～2.0wt％，優(yōu)選為1.6～1.8wt％。mn：mn是平衡狀態(tài)圖中奧氏體區(qū)擴大的元素，能有效抑制鐵素體脫碳；也是良好的脫氧劑和脫硫劑，主要溶于鐵素體中提高鋼的強度，可改善鋼的加工性能和提高彈簧鋼的淬透性；但含量不宜過高，以免使得鋼的晶粒粗大，導(dǎo)致韌性明顯下降；故mn含量控制在0.7～1.0wt％，優(yōu)選為0.75～0.95wt％。s：s是鋼中有害元素，是強烈的裂紋敏感性元素，對彈簧鋼耐腐蝕性能有不利影響，一般是其含量越低越好，考慮到煉鋼實際控制情況，故s控制在≤0.015wt％。cr：cr能顯著提高鋼的淬透性和回火阻抗性，可以細化珠光體片間距，從而細化組織，提高強度；cr還可以提高碳擴散的激活能即降低碳的活度，減輕鋼的脫碳和石墨化傾向，提高韌性和耐磨性；但含量過高時，易形成大量鉻的碳化物，惡化鋼的抗彈減性和韌性，同時會降低腐蝕坑底部的ph值使得腐蝕坑的深寬比增加(坑形狀變銳利)，而導(dǎo)致腐蝕耐久性降低；故cr含量控制在0.75～1.10wt％，優(yōu)選為0.80～1.00wt％。nb：nb是強碳化物形成元素，與c元素有很強的親和力，當(dāng)它們生成細小彌散的nbc時可產(chǎn)生強烈的沉淀強化效果，并能細化晶粒，提高鋼的硬度、強度，改善韌性及回火穩(wěn)定性，產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)；并且nb元素可以抑制彈簧鋼氧化脫碳，改善其脫碳敏感性；但當(dāng)nb含量過多時，析出的第二相粒子明顯變粗，上述作用反而會減弱；故nb含量控制在0.01～0.05wt％，優(yōu)選為0.02～0.04wt％。cu：cu在電化學(xué)上離子化傾向高于鐵的金屬元素，具有提高鋼的耐腐蝕性的作用；而且cu會使在腐蝕中產(chǎn)生的銹的無定形組成增大，具有抑制作為腐蝕原因之一的cl在腐蝕坑底部凝縮的作用；但是，cu過量則會提高熱軋開裂的幾率；故cu含量控制在0.12～0.05wt％，優(yōu)選為0.15～0.04wt％。p：p一般認為是有害元素，主要是因其在鋼液凝固時形成微觀偏析，隨后在奧氏體化溫度加熱時偏聚在晶界，使得鋼的韌性降低而脆性增加，熱處理時增加回火脆性，致使鋼在冷加工時容易脆裂也即所謂“冷脆”現(xiàn)象；本申請將p作為微量合金元素加入低合金鋼中，能提高強度和耐腐蝕性能；所以p含量控制在0.05～0.09wt％，優(yōu)選為0.06～0.08wt％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明通過添加少量的p、cr、cu、nb對彈簧鋼組成進行微合金化，所得彈簧鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐蝕性能，可有效避免彈簧鋼涂層容易脫落，造成腐蝕速率加速的缺點，且涉及的原料成本低，適合推廣應(yīng)用。2)本申請采用高碳出鋼、延長真空處理、控制低過熱度和精確緩冷等工藝對彈簧鋼制備工藝進行改進與調(diào)整，有利于提升所得彈簧鋼的力學(xué)性能和耐蝕性能，且涉及的生產(chǎn)工藝簡單，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，不必對生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程進行較大改動即可進行工藝生產(chǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1所述耐腐蝕彈簧鋼的生產(chǎn)工藝流程圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實施例1～10實施例1～10中所述耐腐蝕彈簧鋼的制備方法包括依次包括高爐鐵水、鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、lf精煉、rh真空處理、方坯保護澆注、方坯加熱、軋制、冷床緩冷步驟，各實施例中的組成特征及采用的工藝參數(shù)分別見表1和表2，具體控制條件如下：1)高爐鐵水：煉鋼爐中裝料，進行熔煉得高爐鐵水；2)鐵水脫硫：采用噴鎂粉脫硫工藝，控制出站鐵水硫含量[s]≤0.005％，罐內(nèi)脫硫渣要扒干凈；3)轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑挘簭U鋼裝入量占總裝入量的10～15％；轉(zhuǎn)爐采用頂-底復(fù)合吹煉，終點采用高拉補吹工藝，補吹次數(shù)≤2次；終渣堿度≥2.5；轉(zhuǎn)爐終點c控制目標≥0.06～0.35％；出鋼溫度≥1650℃；出鋼時間3～9min，擋渣出鋼，鋼包渣層厚度≤100mm(目標)；脫氧及合金化：出鋼1/3左右時，隨鋼流加入合金材料(硅鐵、硅錳、高碳鉻鐵、銅板和鈮鐵)和增碳劑；鋼水出至2/3時合金、增碳劑必須全部加入，c、si、mn、p、cr、cu、nb按成分范圍的中限控制；4)lf精煉：根據(jù)渣況適當(dāng)加入活性石灰、螢石，調(diào)整爐渣的成分，堿度≤3.0；采用硅合金材料脫氧；精煉時間≥25min，精煉過程全程吹氬；調(diào)好成分后，嚴禁大氬量攪拌使鋼水裸露；5)rh真空處理：真空度≤100pa，處理時間不低于15min；6)保護連鑄：采用大罐長水口和結(jié)晶器浸入式水口保護澆注，浸入深度100～200mm；中包保護渣采用堿性保護渣；中包鋼水過熱度目標：20～30℃；二冷水采用soft2#水表配水弱冷；鑄坯拉速應(yīng)與鋼水溫度匹配，拉速控制目標為1.0～2.5m/min；7)鋼坯加熱、軋制、冷床緩冷：鋼坯加熱均熱段溫度：1100～1200℃，加熱時間≥100min，不得過熱、過燒；開軋溫度：1050～1100℃，終軋溫度≤1050℃；經(jīng)平立交替的短應(yīng)力高剛度軋機多道次軋制后，一般軋制道次不少于12道，將緩冷蓋板放下呈一定傾斜角，傾斜角范圍5～90°，鋼材在步進齒條式冷床上緩慢冷卻，嚴禁對終軋后的彈簧鋼淋水，即得所述耐腐蝕彈簧鋼，在進行定尺剪切、打捆收集即得耐腐蝕彈簧鋼產(chǎn)品。本發(fā)明實施例1～10所述耐腐蝕彈簧鋼與對比例1～3所述彈簧鋼的組分特征見表1，采用的主要工藝參數(shù)見表2，其中實施例10所述制備工藝步驟1)中，在120t煉鋼爐裝料時加入480kg的脫磷劑石灰。表1本發(fā)明實施例1～10和對比例1～3所述彈簧鋼的組分取值列表(wt％)實施例csimnpscrcunb10.501.500.700.0500.0050.750.120.01020.521.550.730.0550.0060.770.150.01330.541.600.750.0600.0080.800.200.01540.551.650.800.0650.0100.850.250.02050.571.700.820.0700.0110.900.300.02560.581.750.850.0750.0100.950.350.03070.601.800.900.0800.0121.000.400.03580.621.850.920.0850.0131.020.450.04090.631.900.950.0900.0141.050.480.045100.642.001.000.0900.0151.100.500.050對比例10.501.500.700.0120.0050.100.02/對比例20.581.750.850.0400.0100.500.100.009對比例30.642.001.000.0600.0150.800.200.025表2本發(fā)明實施例1～10和對比例1～3所述彈簧鋼采用的主要工藝參數(shù)列表對上述實施例1～10和對比例1～3所得成分鋼分別進行拉伸試驗及周浸試驗，其中拉伸試驗按照gb/t228.1進行；周浸實驗中，實驗溶液為3wt％的nacl水溶液，實驗溫度45±2℃，相對濕度70±5％，周浸輪轉(zhuǎn)速1圈/60分鐘，腐蝕時間分別為200小時(腐蝕率1)和400小時(腐蝕率2)。各實施例所得產(chǎn)物的力學(xué)性能和腐蝕實驗結(jié)果見表3。表3本發(fā)明各實施例所得彈簧鋼的力學(xué)性能和耐腐蝕實驗結(jié)果情況列表上述結(jié)果表明，本發(fā)明通過添加少量的p、cr、cu、nb元素，對彈簧鋼組成進行微合金化，并對制備工藝進行簡單優(yōu)化，所得彈簧鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐蝕性能，涉及的原料和制備成本低，具有重要的工業(yè)推廣價值。上述實施例僅為最佳例舉，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。以上實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原料前提下，所作出的若干改進，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁12