CN111690875A - 一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢及其生产方法，属于弹簧钢生产技术领域。该弹簧钢化学成分重量百分比为：C：0.50％～0.60％、Si：1.60％～2.20％、Mn：0.80％～1.00％、Cr：0.80％～1.30％、Mo：0.20％～0.50％、W：0.70％～1.30％、V：0.20％～0.40％、Nb：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.30％、Cu：0.15％～0.30％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0012％、N≤0.006％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其生产方法为：电弧炉冶炼、LF炉精炼、RH或VD真空脱气、圆坯连铸、方坯轧制、探伤、扒皮、高速线材控制轧制、斯太尔摩冷却线控冷处理和热处理。采用本发明的技术方案所得弹簧钢具有良好的耐热、耐冲击及耐氢脆断裂性能，从而能够有效满足高温高压下弹簧钢的使用要求。

Description

一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢及其生产方法

技术领域

本发明属于弹簧钢生产技术领域，更具体地说，涉及一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢及其生产方法。

背景技术

弹簧钢具有优良的综合力学性能和弹减抗力，因而广泛应用于汽车、航空和军事等国民经济关键领域。近年来，各行各业均面临节能降本的巨大压力，从节能和经济性出发，弹簧减重的需求越来越多，开发新型超高强度弹簧钢势在必行，尤其是面临火车提速、飞机轻量化等的发展，要求弹簧提高强度、减轻重量、提高寿命。

然而，传统方法是通过改变热处理温度来提高强度，但塑韧性和疲劳性能大大降低，同时航空、锅炉行业等特殊环境下的弹簧需承受极高的温度和一定的压力，要求弹簧材料具有良好的耐热、耐冲击性能，但是现有的弹簧钢不仅在常温下的性能有待进一步提高，而且在高温高压条件下，其抗拉强度、耐冲击性和耐氢脆断裂性能均相对较差，从而难以满足其在特殊高温高压下的使用要求。

经检索，中国专利申请号为：201310737127.7，申请日为：2013年12月26日，发明创造名称为：高韧性高强度弹簧钢。该申请案中公开的弹簧钢，其化学成分组成(重量百分比)为：C：0.35～0.50、Si：1.50～2.50、Mn：0.35～1.00、P≤0.025、S≤0.015、Cr；0.50～1.20、Ni：0.15～0.50、Cu：0.10～0.30、V：0.04～0.10、Ti：0.03～0.10，其余为Fe和其它不可避免的杂质。但是，该申请案的弹簧钢，其抗拉强度和国标55SiCrV等牌号的强度相比，并未得到显著提高，且其不具有良好的耐热性。

又如，中国专利申请号为：201710526795.3，申请日为：2017年6月30日，发明创造名称为：一种耐腐蚀弹簧钢及其制备方法。该申请案中公开的弹簧钢，其化学成分为：C：0.50％～0.64％、Si：1.5％～2.0％、Mn：0.70％～1.0％、P：0.05～0.09％、S≤0.015％、Cr：0.75％～1.10％、Cu：0.12～0.50％、Nb：0.01～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。其制备工艺流程为：高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、方坯保护浇注、方坯加热、轧制、冷床缓冷。但是，该申请案中所得弹簧钢的抗拉强度仅为1700MPa，且其不具有良好的耐热性能。

综上所述，关于兼具良好耐热性和耐冲击性的超高强度弹簧钢材料的相关报道较少，其产品及成果方面几乎处于空白。为适应弹簧钢的特殊使用条件，尤其是高温高压下的使用要求，需进一步对现有弹簧钢进行改良和优化，从而提高其各项性能，使其能够较好地满足各行各业的不同需求。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有的弹簧钢不仅在常温下的性能相对较差，而且在高温高压条件下，其抗拉强度、耐冲击性和耐氢脆断裂性能均较差，从而难以满足其在特殊高温高压条件下使用的不足，提供了一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢及其生产方法。采用本发明的技术方案可以有效解决上述问题，从而得到良好耐热、耐冲击及耐氢脆断裂性能的超高强度弹簧钢。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，其组分的重量百分比范围如下：C：0.50％～0.60％、Si：1.60％～2.20％、Mn：0.80％～1.00％、Cr：0.80％～1.30％、Mo：0.20％～0.50％、W：0.70％～1.30％、V：0.20％～0.40％、Nb：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.30％、Cu：0.15％～0.30％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0012％、N≤0.006％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

更进一步的，其组分配比需满足以下两个关系式：

(1)P＝[W]/[Mo]

(2)Meq＝[C]-(0.10[Cr]+0.20[V]+0.03[Nb]+0.03[Ti]+0.05[W]+0.08[Mo])

其中，P值取1.5～4.5，Meq值取0.1～0.8。

更进一步的，P值优选为2.0～3.0，Meq值优选为0.2～0.4。

本发明中含有上述组分的弹簧钢的生产方法，包括如下步骤：

S1：电弧炉冶炼、LF炉精炼；

S2：RH或VD真空脱气；

S3：圆坯连铸、方坯轧制、探伤、扒皮、高速线材控制轧制；

S4：斯太尔摩冷却线控冷处理；

S5：热处理。

更进一步的，步骤S3中圆坯加热温度为1150～1250℃，圆坯在炉时间至少为300min，经过初轧开坯、六连轧得到方坯，再对方坯进行表面探伤及扒皮处理；高速线材轧制方坯加热温度为950℃～1050℃，方坯在炉时间至少为120min；高速线材控制轧制采用控轧控冷工艺进行轧制。

更进一步的，所述控轧控冷工艺的具体参数为：开轧温度为880℃～980℃；终轧温度为750℃～830℃；吐丝温度为830℃～860℃。

更进一步的，步骤S4中采用斯太尔摩冷却线控冷时，冷却速度为10℃/s～15℃/s，集卷温度350℃～450℃。

更进一步的，步骤S5中，热处理工艺具体为：先于880℃～920℃的温度下正火100min～120min；然后，在800℃～900℃的温度下加热20min～30min，油冷；最后，在350℃～450℃的温度下回火100min～120min，空冷。

更进一步的，所得弹簧钢的常温力学性能为：抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥40％，疲劳强度≥900MPa；其高温力学性能为：500℃温度下的抗拉强度≥800MPa；其常温纵向冲击功KV2≥100J，-40℃下纵向冲击吸收功KV2≥30J；其延迟断裂强度比≥0.54。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，通过向其中添加Ni、Cu、V、Nb、Ti等元素，并对各组分的重量百分比范围进行优化设计，有利于发挥各组分之间的协同作用，从而能够保证所得弹簧钢的常温性能，尤其是在高温高压条件下，有效提高了弹簧钢的抗拉强度、耐冲击性能和耐氢脆断裂性能，同时，所得弹簧钢还具有较好的耐热性，进而有利于保证其在特殊使用条件下的使用要求，更好地满足各行各业的不同需求。

(2)本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，通过采用V-Nb-Ti复合微合金化提高所得弹簧钢的强韧性，一方面，高温下易形成稳定弥散的W、Mo、Nb、V、Ti等碳化物，从而能够显著提高弹簧钢的耐热、耐冲击韧性；另一方面，细小弥散的碳化物可作为氢陷阱捕捉氢，尤其是Nb、V、Ti形成的碳化物，抑制氢的扩散效果较好，从而能够有效避免因氢的扩散而造成弹簧钢突然断裂的现象。此外，本发明还引入Meq值(优选为0.2～0.4)作为C固溶指标保证其热处理后碳化物固溶程度，确保其强韧性和耐氢脆断裂性能。

(3)本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，通过对W、Mo之间的配比进行控制，一方面能够提高弹簧钢的淬透性，另一方面，提高其高温回火抗力，有效地消除或降低其中的残余应力，提高其塑性，从而有效保证高温回火条件下钢的强度。此外，P值优选2.0～3.0时，在维持常温下弹簧钢强度的情况下，可确保高温高压下，其强度不降低，从而具有良好的耐高温性能，进一步提高了其抗拉强度和耐冲击性能。

(4)本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，通过添加少量的Ni和Cu元素，一方面提高冲击韧性，另一方面，能够在其表面形成一层耐蚀膜，防止氢扩散到钢内部导致氢脆，同时提高耐大气腐蚀能力，此外Ni和Cu还可以抑制弹簧钢表面脱碳，有利于进一步保障其性能。

(5)本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，通过对其的生产工艺流程及工艺参数进行优化设计，尤其是采用正火+油淬火+高温回火的热处理工艺，配合组分优化，从而能够进一步保证所得弹簧钢的常温性能及高温性能，其常温力学性能为：抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥40％，疲劳强度≥900MPa；其高温力学性能为：500℃温度下的抗拉强度≥800MPa；其常温纵向冲击功KV2≥100J，-40℃下纵向冲击吸收功KV2≥30J；其延迟断裂强度比≥0.54，能够有效满足高温高压条件下的使用要求。

附图说明

图1为各实施例及对比例中线材轧制相关工艺过程的控制参数；

图2为各实施例及对比例中弹簧钢的常温力学性能测试结果；

图3为各实施例及对比例中弹簧钢的高温力学性能测试结果；

图4为各实施例及对比例中弹簧钢的耐氢脆性能测试结果。

具体实施方式

本发明的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，其组分的重量百分比范围如下：C：0.50％～0.60％、Si：1.60％～2.20％、Mn：0.80％～1.00％、Cr：0.80％～1.30％、Mo：0.20％～0.50％、W：0.70％～1.30％、V：0.20％～0.40％、Nb：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.30％、Cu：0.15％～0.30％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0012％、N≤0.006％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

采用上述组分制备弹簧钢的生产方法包括如下几个步骤：

S1：电弧炉冶炼、LF炉精炼；

步骤S1中电弧炉冶炼时，出钢前定氧，严格控制出钢过程下渣。

S2：RH或VD真空脱气；

步骤S2中真空脱气，纯脱气时间至少为15min，保证真空处理后[H]含量。

S3：圆坯连铸、方坯轧制、探伤、扒皮、高速线材控制轧制；

步骤S3中连铸时连铸成Φ380mm大圆坯，圆坯加热温度为1150℃～1250℃，为确保大圆坯“烧透”，保证圆坯在炉时间至少为300min，经过初轧开坯、六连轧得到方坯，因圆坯在炉时间长且加热温度高，防止线材成品表脱碳，确保成品表面质量，对方坯进行表面探伤及扒皮处理，高速线材轧制方坯经950℃～1050℃加热，目标温度为1000℃，方坯在炉时间至少为120min。高速线材控制轧制采用控轧控冷工艺进行轧制，控轧控冷工艺的具体参数为：开轧温度为880℃～980℃，目标温度950℃；终轧温度为750℃～830℃，目标温度为800℃；吐丝温度为830℃～860，目标温度为850℃。

S4：斯太尔摩冷却线控冷处理；

步骤S3中采用缓慢冷却，为防止贝氏体和马氏体组织的产生，斯太尔摩快冷段冷速为10～15℃/s，集卷温度为350～450℃。

S5：热处理。

以均匀原始组织，确保淬回火后得到均匀分布的碳化物，材料无明显各项异性，在油淬火+回火之前，增加正火处理。具体操作过程为：先于880℃～920℃的温度下正火100min～120min；然后，在800℃～900℃的温度下淬火20min～30min，油冷；最后，在350℃～450℃的温度下回火100min～120min，空冷。

热处理后所得弹簧钢的常温力学性能为：抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥40％，疲劳强度≥900MPa；其高温力学性能为：500℃的温度下其抗拉强度≥800MPa；其常温纵向冲击功KV₂≥100J，-40℃下纵向冲击吸收功KV₂≥30J；其延迟断裂强度比≥0.54，从而具有良好的耐热、耐冲击及耐氢脆断裂性能。

本发明通过对弹簧钢的组分及组分的重量百分比范围进行优化设计，通过对元素种类及其含量进行优化，通过各种元素的综合作用，从而可以有效提高弹簧钢的常温及高温使用性能。此外，结合成分特点，本发明通过对其生产工艺流程及工艺参数进行优化设计，尤其是热处理时采用正火+油淬火+高温回火的热处理工艺，能够最大限度发挥各组分之间的协同作用，保证所得弹簧钢的性能。

具体的，采用V-Nb-Ti复合微合金化来保证热处理细小的晶粒尺寸提高强韧性，在高温下能够形成稳定弥散的W、Mo、Nb、V、Ti等碳化物，可以显著提高弹簧钢耐热、耐冲击韧性，同时，细小弥散的碳化物可作为氢陷阱捕捉氢，尤其是Nb、V、Ti形成的碳化物，能够抑制氢扩散导致的突然断裂。申请人通过大量实验研究以及对相关实验数据进行总结发现，结合经验公式Meq＝[C]-(0.10[Cr]+0.20[V]+0.03[Nb]+0.03[Ti]+0.05[W]+0.08[Mo])，引入Meq值作为C固溶指标保证其热处理后碳化物固溶程度，一方面，能够保证弹簧钢的常温、高温下的热力学性能、耐冲击性能及耐氢脆断裂性能。另一方面，对Meq值具体范围的优化也是得到性能优良弹簧钢的重要保证。在生产中，申请人发现，Meq值过大将导致大颗粒碳化物大量析出造成韧性不足，Meq值过小碳化物含量低强度不够，而且不足以捕捉氢，发挥不了耐氢脆断裂的特性，故规定0.1≤Meq值≤0.8(优选0.2≤Meq值≤0.4)，从而保证热处理后碳化物稳定性达到高温硬度及强韧性的良好匹配。

其中，V是钢的优良脱氧剂，钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性，另外V元素可提高钢的回火抗力，在较高温度回火时析出的碳氮化钒可产生二次硬化进一步提高钢的强度。V含量控制在0.20％～0.40％。Nb是非常有效的细化晶粒的微合金化元素，Nb在钢中的特点就是提高奥氏体的再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的。Nb元素的添加促进了稳定锈层的生成，明显降低了腐蚀速率。但过量的Nb的强化作用不再明显，且增加钢的裂纹敏感性。Nb含量控制在0.02％～0.04％。Ti溶于钢中可提高钢的强度与韧性，当它们与碳、氮、硫等交互作用能产生细晶强化、析出物弥散强化以及夹杂物改性等，特别是可以固氮，消除钢中氮元素的危害，但过高会提高钢材的成本。因此，综合效果及成本考虑，本发明将Ti的含量控制在0.015％～0.030％。

此外，本发明为进一步确保所得弹簧钢的高温强度，通过添加W、Mo等强碳化物形成元素，一方面可以有效提高弹簧钢的淬透性，同时提高其高温回火抗力，有利于保证高温回火条件下钢的强度。W耐高温，在钢中除形成碳化物外，部分溶入铁中形成固溶体，能提高钢的常温强度和高温强度，增加回火稳定性、红硬性、热强性以及耐磨性。同时，辅以Mo元素的添加，可以进一步提高钢的淬透性和回火稳定性，有效地消除或降低其中的残余应力，提高其塑性。Mo是较强的碳化物形成元素，不仅可以提高钢的强度和硬度，还可以显著提高钢的高温强度，是提高钢的热强性的最有效的合金元素。此外，弹簧钢中加入Mo还能改善抗弹减性，降低点蚀的发生几率，因为钼可以生成细小弥散的碳化物阻止位错运动。但是，但过量的W会降低钢的韧性和高温抗氧化性，过量的Mo会增大变形抗力及晶间腐蚀倾向，申请人通过大量实验研究发现，在确保所得弹簧钢的常温力学性能的基础上，进一步提高其耐热性，保证其在高温高压下依旧具有较高的强度、韧性、疲劳性能以及耐冲击性，最大程度发挥W、Mo元素的协同作用，引入P值，其中，P＝[W]/[Mo]。当P值过小时，则W、Mo形成的M₆C型碳化物数量少无法充分发挥二次硬化作用，不能确保高温力学性能；P值过大时，则碳化物数量多反而降低材料韧性，故规定1.5≤P值≤4.5。在维持其常温强度的同时，并确保高温强度不降低，优选P值为2.0～3.0时，所得弹簧钢具有良好的耐高温性能。

同时，通过向现有组分中添加少量的Ni和Cu元素，一方面能够提高所得弹簧钢的冲击韧性，另一方面，能够在其表面形成一层耐蚀膜，防止氢扩散到钢内部导致氢脆，同时提高了耐大气腐蚀的能力，Ni和Cu还可以抑制弹簧钢表面脱碳。具体的，Ni能稳定奥氏体，增强钢的淬透性，也能够改善所得弹簧钢的低温韧性。Ni元素的加入还能改善锈层结构，提高钢结构的致密度和对钢表面的粘结性，从而进一步提高了钢的耐蚀性能，有效抑制氢的吸附，进而能够改善其耐延迟断裂性能。因此，Ni含量控制在0.20％～0.30％较佳。Cu元素能够显著地改善钢的耐蚀性，钢与表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能够促使钢的阳极化，并形成保护性较好的锈层。铜元素也能改变锈层的吸湿性，从而提高了临界湿度。但Cu含量过高会降低钢的高温塑性，在热加工过程中易产生裂纹。因而Cu含量控制在0.15％～0.35％。

对采用本发明的上述组分及工艺流程生产得到的弹簧钢进行性能测试，具体测试过程及测试结果如下：

将热处理后毛坯精加工成标准拉力试样后进行常温力学性能分析，结果见图2。对热处理后毛坯精加工成高温拉伸试样后进行高温力学性能分析，结果见图3。

将经过粗加工和热处理的弹簧钢加工成旋转弯曲疲劳试样进行旋转弯曲疲劳试验。按照GB/T 4337-2015《金属材料疲劳试验旋转弯曲方法》标准进行弹簧钢的旋转弯曲疲劳试验。试验在实验室PQ1-6疲劳试验机上进行，采用轴向应变控制，应变循环比R为-1，频率为83Hz，室温为20℃，疲劳试验加载波形为正弦波，试验结束判据为107次或试样失效。

热处理后精加工成

(缺口处

)慢拉伸试样，其中对比充氢试样放在0.1mol/L(电流密度J＝4mA/cm2)的水溶液中充氢，充氢时间为72h。充氢完成后在慢应变速率拉伸试验机上以进行0.005mm/min速率拉伸，采用延迟断裂强度比R＝RBN/RBN0评价耐氢脆性能(充氢试样的缺口抗拉强度为RBN；未充氢试样的缺口抗拉强度为RBN0)，同等强度级别R越高则耐氢脆性能越优异。对实施例和对比例所得弹簧钢分别进行测试，其测试结果如图4所示。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.50％、Si：1.60％、Mn：0.80％、Cr：0.80％、Mo：0.4％、W：0.70％、V：0.20％、Nb：0.02％、Ti：0.015％、Ni：0.20％、Cu：0.20％、P：0.015％、S：0.010％、O：0.0012％、N：0.006％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其中，P值＝1.75，Meq值＝0.312。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其线材轧制相关工艺过程的控制参数如图1所示，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

实施例2

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.60％、Si：2.00％、Mn：1.00％、Cr：1.30％、Mo：0.50％、W：1.30％、V：0.40％、Nb：0.04％、Ti：0.030％、Ni：0.15％、Cu：0.15％、P：0.015％、S：0.010％、O：0.0012％、N：0.006％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其中，P值＝2.6，Meq值＝0.282。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其线材轧制相关工艺过程的控制参数如图1所示，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

实施例3

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.56％、Si：2.20％、Mn：0.90％、Cr：1.00％、Mo：0.20％、W：0.80％、V：0.30％、Nb：0.02％、Ti：0.020％、Ni：0.30％、Cu：0.30％、P：0.015％、S：0.009％、O：0.0011％、N：0.003％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其中，P值＝4.0，Meq值＝0.343。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其线材轧制相关工艺过程的控制参数如图1所示，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

实施例4

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.60％、Si：1.80％、Mn：1.00％、Cr：1.20％、Mo：0.20％、W：0.90％、V：0.30％、Nb：0.03％、Ti：0.020％、Ni：0.25％、Cu：0.25％、P：0.014％、S：0.010％、O：0.0010％、N：0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其中，P值＝4.5，Meq值＝0.358。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其线材轧制相关工艺过程的控制参数如图1所示，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

对比例1

本对比例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.57％、Si：1.91％、Mn：0.80％、Cr：0.23％、Ni：0.01％、Cu：0.02％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其加工步骤采用传统的工艺流程，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

对比例2

本对比例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.55％、Si：1.80％、Mn：0.80％、Cr：1.10％、V：0.15％、Nb：0.040％、Mo：0.10％、W：0.60％、P：0.015％、S：0.010％、O：0.0010％、N：0.005％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其线材轧制相关工艺过程的控制参数如图1所示，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

对比例3

本对比例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.65％、Si：1.56％％、Mn：0.85％、Cr：0.30％、V：0.2％、Nb：0.028％、Mo：0.21％、W：0.84％、P：0.012％、S：0.020％、O：0.0009％、N：0.002％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其加工步骤采用本发明的工艺流程，其线材轧制相关工艺过程的控制参数如图1所示，然后对其常温力学性能、高温力学性能、耐氢脆性能进行测试，结果分别见图2、图3及图4。

结合图1-4，常温下各实施例的弹簧钢的抗拉强度均达到2100MPa以上，伸长率均达到10％以上，面缩率均达到40％以上，常温冲击功KV₂≥100J，相较于对比例的弹簧钢，说明实施例具有较好的强韧性、耐热性、耐冲击性。

500℃下，实施例的弹簧钢的抗拉强度≥800MPa，-40℃下纵向冲击吸收功KV₂≥30J，具有良好的耐热耐冲击性能，满足高温高压环境中弹簧使用的要求。

实施例的弹簧钢均具有疲劳强度960MPa以上的优良的疲劳特性，而对比例弹簧钢的疲劳强度仅为620MPa。

实施例弹簧钢的延迟断裂强度比达到0.54以上，而对比例仅有0.48左右，因此，实施例所得弹簧钢的耐氢脆性能相对较优异。

需要说明的是，对比例1的弹簧钢组分中不含Mo、W、V、Nb、Ti、Ni等元素，且采用传统工艺进行加工。其性能测试的结果与各实施例相比，抗拉强度仅为1635MPa，其500℃的抗拉强度仅在600MPa左右，同时其进行耐氢脆性能测试时，所得延迟断裂强度系数为0.48，各方面性能均难以满足实际使用要求。

对比例2的弹簧钢组分中未添加Ti，其各元素的组分含量不满足本发明的经验公式，其常温及高温下的抗拉强度基本与实施例的数据相差不太，但是，其进行耐氢脆性能测试时，所得延迟断裂强度系数为0.49，可知，对比例2的耐氢脆性能要次于各实施例。

对比例3的弹簧钢组分中未添加Ti，但Cr的含量较低，并采用本发明的工艺流程进行加工，所得弹簧钢的常温抗拉强度在1860MPa，次于各实施例的数据，其高温下的抗拉强度及延迟断裂强度(数值为0.5)，均次于各实施例的数据。

Claims (9)

1.一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，其特征在于，其组分的重量百分比范围如下：C：0.50％～0.60％、Si：1.60％～2.20％、Mn：0.80％～1.00％、Cr：0.80％～1.30％、Mo：0.20％～0.50％、W：0.70％～1.30％、V：0.20％～0.40％、Nb：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.30％、Cu：0.15％～0.30％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0012％、N≤0.006％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，其特征在于，其组分配比需满足以下两个关系式：

(1)P＝[W]/[Mo]

(2)Meq＝[C]-(0.10[Cr]+0.20[V]+0.03[Nb]+0.03[Ti]+0.05[W]+0.08[Mo])

其中，P值取1.5～4.5，Meq值取0.1～0.8。

3.根据权利要求2所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢，其特征在于，P值优选为2.0～3.0，Meq值优选为0.2～0.4。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：电弧炉冶炼、LF炉精炼；

S2：RH或VD真空脱气；

S3：圆坯连铸、方坯轧制、探伤、扒皮、高速线材控制轧制；

S4：斯太尔摩冷却线控冷处理；

S5：热处理。

5.根据权利要求4所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，其特征在于，步骤S3中圆坯加热温度为1150～1250℃，圆坯在炉时间至少为300min，经过初轧开坯、六连轧得到方坯，再对方坯进行表面探伤及扒皮处理；高速线材轧制方坯加热温度为950℃～1050℃，方坯在炉时间至少为120min；高速线材控制轧制采用控轧控冷工艺进行轧制。

6.根据权利要求5所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷工艺的具体参数为：开轧温度为880℃～980℃；终轧温度为750℃～830℃；吐丝温度为830℃～860℃。

7.根据权利要求6所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，其特征在于，步骤S4中采用斯太尔摩冷却线控冷时，冷却速度为10℃/s～15℃/s，集卷温度350℃～450℃。

8.根据权利要求7所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，其特征在于，步骤S5中，热处理工艺具体为：先于880℃～920℃的温度下正火100min～120min；然后，在800℃～900℃的温度下加热20min～30min，油冷；最后，在350℃～450℃的温度下回火100min～120min，空冷。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的一种具有良好耐热耐冲击性能的弹簧钢的生产方法，其特征在于，所得弹簧钢的常温力学性能为：抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥40％，疲劳强度≥900MPa；其高温力学性能为：500℃温度下的抗拉强度≥800MPa；其常温纵向冲击功KV₂≥100J，-40℃下纵向冲击吸收功KV₂≥30J；其延迟断裂强度比≥0.54。

Images