CN111748739B - 一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢及其生产方法，属于弹簧钢技术领域。其组分的重量百分比范围如下：C：0.55％～0.65％、Si：1.30％～2.00％、Mn：0.70％～0.90％、Cr：1.10％～1.50％、V：0.15％～0.35％，Nb：0.02％～0.04％、Mo：0.10％～0.30％、W：0.60％～1.20％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0010％、N≤0.007％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其加工流程为：电弧炉冶炼、LF炉精炼、RH或VD真空脱气、圆坯连铸、方坯轧制、精整扒皮、高速线材控制轧制、斯太尔摩冷却线控冷、线材盘条成品和双淬火热处理。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≥960MPa；其高温力学性能为：400℃的抗拉强度≥900MPa；20℃～700℃温度下，导热系数范围为30W/(m·K)～35W/(m·K)。

Description

一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢及其生产方法

技术领域

本发明属于弹簧钢技术领域，更具体地说，涉及一种抗拉强度＞2100MPa耐热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，在汽车、航空和军事等国民经济关键领域中有着广泛的应用。近年来，随着工业技术的不断发展，对弹簧钢的性能提出了越来越高的要求。不仅要求弹簧钢的强度高、韧性好、疲劳性能好，同时，根据其在不同使用环境下，还需要满足许多其他特殊性能，例如耐腐蚀、抗拉伸等。

随着国内航空产业的快速发展，对耐热弹簧钢的需求越来越大，要求也越来越高，除需满足普通弹簧钢高强韧性的要求，在工作时还需承受较高的温度和一定的压力，即高温下也需具备良好的耐热、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，而且在高温条件下，其抗拉强度、强韧性能、耐冲击性和疲劳强度均相对较差，从而难以满足其在高温下的使用要求。

经检索，中国专利申请号为：201711110213.X，申请日为：2017年11月22日，发明创造名称为：高强度高疲劳寿命弹簧钢的生产方法。该申请案中公开的弹簧钢的化学组成重量百分比为碳＝0.51％～0.59％，硅＝1.40％～1.60％，锰＝0.50％～0.80％，磷≤0.012％，硫≤0.010％，铌≤0.02％，钛≤0.005％，铝≤0.005％，铬＝0.50％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：(1)冶炼，(2)连铸，(3)修磨，(4)轧制、控制冷却，生产出以索氏体组织为机体的线材弹簧钢，其代表钢种X55SiCrA盘条直径为5.5mm，抗拉强度在1000MPa以上。但是该申请案的弹簧钢强度偏低，仅为1000MPa，且不具有良好的耐热、耐冲击性能。

又如，中国专利申请号为：201811567039.6，申请日为：2018年12月20日，发明创造名称为：一种高强度弹簧钢及其生产方法。该申请案中公开的弹簧钢，其生产步骤包括：S1、按照设计钢种的成分：C：0.51～0.65％、Si：1.20～1.60％、Mn：0.50～0.80％、P：0～0.012％、S：0～0.010％、Cr：0.50～0.80％、Cu：0～0.25％、V：0.15％～0.25％，准备纯铁、金属铬、钒铁、锰、工业硅和石墨，其余为铁和不可避免杂质；S2、将纯铁和部分石墨置于炉内抽真空后升温冶炼，完全熔化后加入工业硅和金属铬，完全熔化后调节熔炼温度，加入剩余的石墨精炼，同时抽真空，精炼后加入钒铁和锰，完全熔化后搅拌均匀得到钢液；S3、调节钢液温度浇注成铸锭；S4、对铸锭进行淬火处理，经油冷至室温，再进行回火处理，经空冷至室温，得到高强度弹簧钢。该申请案虽然在一定程度上改善了弹簧钢的强度并兼顾了韧性，但是，其不具备良好的耐热性能，难以满足其在高温环境下的使用要求。

再如，中国专利申请号为：201910207503.9，申请日为：2019年9月13日，发明创造名称为：一种具有优良疲劳性能和耐蚀性能的高强度弹簧用钢及其生产方法。该申请案中公开的弹簧钢的化学成分及重量百分比为：C：0.40％～0.45％、Si：2.00％～2.50％、Mn：0.40％～0.60％、Cr：0.80％～1.00％、V：0.02％～0.10％、Nb：0.015％～0.04％、Mo：0.10％～0.30％、Ni：0.05％～0.15％、Cu：0.05％～0.15％、Re：0.01％～0.03％、P痕量～0.015％、S痕量～0.010％、O≤0.0012％、N：0.006％～0.010％、[H]≤0.00015％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。其生产方法包括：冶炼、精炼、真空脱气、连铸、线材轧制路线。虽然，该申请案的弹簧钢在进行890℃淬火+420℃回火的热处理后，常温下其抗拉强度≥2000MPa，但是，其不具备良好的耐热性能，在高温下的抗拉强度相对较低，难以达到2000MPa以上。

综上所述，随着航空产业的快速发展，现有弹簧钢的性能通常比较有限，很难同时兼具多种性能，尤其是难以满足高温条件下的使用性能需求，虽然目前我国弹簧钢产品研究较多，产品也相对比较成熟，但是耐热弹簧钢产品相关报道较少，其产品及成果方面几乎处于空白。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有弹簧钢的使用性能，如抗拉强度、强韧性能、耐冲击性能和疲劳强度等相对较差，尤其是其在高温下的上述性能较差，从而难以满足其在高温条件下使用的不足，提供了一种抗拉强度＞2100MPa耐热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，使其具有较好的耐热性，有利于保证其在高温条件下的使用需求。

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：

本发明的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢，其组分的重量百分比范围如下：C：0.55％～0.65％、Si：1.30％～2.00％、Mn：0.70％～0.90％、Cr：1.10％～1.50％、V：0.15％～0.35％、Nb：0.02％～0.04％、Mo：0.10％～0.30％、W：0.60％～1.20％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0010％、N≤0.007％，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)0.7≤(9Nb+2V)/C≤1.5；

(2)0.9C≤0.26W+0.35Mo+0.32Cr+Nb+V≤1.5C。

本发明的一种上述的抗拉强度＞2100MPa耐热高强度弹簧钢的生产方法，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、精整扒皮、高速线材控制轧制；

S4：斯太尔摩冷却线控冷、线材盘条成品；

S5：双淬火热处理。

更进一步的，步骤S1中电弧炉冶炼时，出钢前定氧，并控制出钢过程下渣；LF炉精炼时，将C、Si、Cr、Mn、V、Nb、Mo、W元素调至目标值。

更进一步的，步骤S2中真空脱气时间至少为15min，真空处理后[H]含量≤2.0ppm；步骤S3中连铸时确保将中包钢水的目标温度控制在液相线温度以上10℃～40℃。

更进一步的，步骤S5中双淬火热处理的具体工艺为：第一次淬火热处理时，先于850℃～900℃温度下加热20min～30min，然后油冷，再于450℃～500℃温度下回火100min～120min，最后空冷；第二次淬火热处理时，先于800℃～850℃温度下加热20min～30min，然后油冷，再于400℃～450℃温度下回火100min～120min，最后空冷。

更进一步的，所得弹簧钢的奥氏体晶粒度≥11级，晶粒尺寸为20μm～25μm，碳化物平均粒径在0.020μm～0.040μm。

更进一步的，所得弹簧钢的常温力学性能如下：抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥40％，疲劳强度≥960MPa；其高温力学性能为：400℃的抗拉强度≥900MPa；20℃～700℃温度下，导热系数范围为30W/(m·K)～35W/(m·K)。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢，通过对其组分及组分的重量百分比范围进行优化设计，从而能够保证所得弹簧钢的使用性能，尤其是有效提高了其在高温条件下的抗拉强度、强韧性能、耐冲击性能和疲劳强度，使其具有较好的耐热性，进而有利于保证其在高温条件下的使用要求。

(2)本发明的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢，通过对弹簧钢的具体组分及组分含量范围进行优化，并采用0.9C≤0.26W+0.35Mo+0.32Cr+Nb+V≤1.5C经验公式来调整，从而能够有效发挥其与各元素之间的协同作用，最终使得所得弹簧钢的常温和高温综合性能较现有弹簧钢而言，不仅具有更高的抗拉强度，而且还兼具良好的耐腐蚀性、耐冲击性及导热性能。此外，还通过经验公式0.7≤(9Nb+2V)/C≤1.5对添加的Nb-V复合微合金化元素的含量进行进一步优化和限定，有利于保证热处理后碳化物的稳定性，从而进一步提高所得弹簧钢优异的高温性能，保证其在高温下依然保持较高的抗拉强度。

(3)本发明的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，通过对弹簧钢的组分、组分含量及其生产工艺流程和具体工艺参数进行优化设计，从而能够有效保证所得弹簧钢的常温性能及高温性能。具体的，所得弹簧钢的奥氏体晶粒度≥11级，晶粒尺寸为20μm～25μm，碳化物平均粒径在0.020μm～0.040μm之间，能够很好地满足高温条件下弹簧钢的使用要求。

(4)本发明的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，通过对成品进行双淬火+高温回火热处理，同时对两次淬火及高温回火的工艺参数进行优化设计，从而可以进一步提高弹簧钢的耐热性能，尤其是保证其在高温下的抗拉强度，其在400℃的抗拉强度≥900MPa，能较好满足高温条件下使用。

附图说明

图1为实施例4中的弹簧钢的奥氏体晶粒度(100X)图；

图2为实施例4中的弹簧钢的显微组织(5000X)图；

图3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4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5为各实施例及对比例中弹簧钢在不同温度下的导热系数值。

具体实施方式

本发明为一种抗拉强度＞2100MPa且具有良好的耐热高强度弹簧用钢，按重量百分比含有：C：0.55％～0.65％、Si：1.30％～2.00％、Mn：0.70％～0.90％、Cr：1.10％～1.50％、V：0.15％～0.35％、Nb：0.02％～0.04％、Mo：0.10％～0.30％、W：0.60％～1.20％、P：痕量～0.015％、S：痕量～0.010％、O≤0.0010％、N≤0.007％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。

其中，C是钢中最基本有效的强化元素，是弹簧钢火硬度、确保其耐磨损性的重要元素，是获得高强度和硬度的弹簧钢所必须的。高的碳含量虽然对钢的强度、硬度、弹性和弹减性能等有利，但不利于钢的塑性和韧性，而且使屈强比降低，脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能。

Si是钢中强化的重要元素，通过固溶作用提高钢的强硬度，同时提高弹簧钢的减退抗力。硅可以提高锈层的稳定性，提高耐蚀性能。但Si元素的提高会增加钢中碳的扩散，加剧钢材的脱碳。

Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时Mn还可提高奥氏体组织的稳定性，显著提高钢的淬透性。但过量的Mn会降低钢的塑性。Mn的添加同时有助于在钢材表面形成锈蚀层，提高钢的耐蚀性能，但过度的Mn会导致腐蚀产物颗粒的长大，提高腐蚀率。

Cr与C能形成稳定的化合物，阻止C或杂质的偏聚，提高基体的稳定性能，显著改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。Cr能显著增加钢的淬透性，但过量的Cr增加钢的回火脆性倾向。

Mo是较强的碳化物形成元素，可提高钢的强度和硬度，还可以显著提高高温强度，是提高钢的热强性最有效的合金元素。另外Mo元素可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。弹簧钢中加入Mo能改善抗弹减性，因为Mo可以生成细小弥散的碳化物阻止位错运动。Mo的加入还可以降低点蚀的发生几率，但是Mo含量过多会增大变形抗力及晶间腐蚀倾向。

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，但过量的W会降低钢的韧性和高温抗氧化性，控制W含量控制在0.60％～1.20％。

S容易在钢中与锰形成MnS夹杂，对弹簧的疲劳性能不利；P是具有强烈偏析倾向的元素，通常还引起硫和锰的共同偏聚，对产品组织和性能的均匀性有害。控制P≤0.015％，S≤0.010％。

O在钢中形成氧化物夹杂，控制O≤0.0012％；N在钢中析出Fe4N，扩散速度慢，导致钢产生时效性，同时N还会降低钢的冷加工性能，控制N≤0.007％。

需要说明的是，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。申请人还通过大量实验研究发现，弹簧钢各组分中的元素含量对最终所得弹簧钢的性能，尤其是对其高温性能影响较大。各元素的含量过高过低都或多或少会对最终生产所得弹簧钢的常温性能及高温性能产生较大的影响。因此，申请人通过不断研究和对相关试验数据进行总结，得出关系式0.9C≤0.26W+0.35Mo+0.32Cr+Nb+V≤1.5C。通过对W、Mo、Cr、Nb和V的含量进行控制，从而能够更大程度上发挥各元素组分之间的协同作用，该关系式通过对热处理碳化物的析出进行计算，综合考虑按照主要碳化物形成元素W₂C、W₆C、Mo₂C、Mo₆C、Cr₇C₃、Cr₂3C₆、VC、NbC等的原子配比定义系数，预估热处理后碳化物固溶程度，以保证热处理后碳化物稳定性，提高其综合性能，使所得弹簧钢较现有的弹簧钢而言，常温力学性能也得到进一步提升和改善，是耐热弹簧钢高温性能的重要保证。

此外，采用公式0.7≤(9Nb+2V)/C≤1.5进一步对Nb-V复合微合金化的添加及对其成分含量范围进行优化，有利于保证热处理后碳化物的稳定性，从而进一步提高所得弹簧钢优异的高温性能，保证其在高温下依然保持较高的抗拉强度。。

具体的，本发明通过适当降低Mn含量，添加W、Mo等碳化物形成元素，来提高弹簧钢的耐热性和高温回火抗力，降低钢的高温回火脆性倾向，保证高温回火条件下钢的强度，改善钢的塑韧性。同时，辅以Nb-V复合微合金化的添加，进一步保证其高温下抗拉强度，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元素的添加一方面促进了稳定锈层的生成，另一方面明显降低了腐蚀速率，从而使所得弹簧钢还能够兼具优良的耐腐蚀性能。但是，申请人在研究中发现，少量的Nb效果不够理想，但过量的Nb强化作用不再明显，且还会增加钢的裂纹敏感性。通过一系列研究，申请人最终发现将Nb的含量控制在0.02％～0.04％的范围内能够达到较好的效果。同样的，V不仅是钢的优良脱氧剂，钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性，而且V与C形成碳化物，可提高其耐磨性和耐冲击性能。将V的含量控制在0.20％～0.40％，效果较佳。

更优化的，本发明还通过对弹簧钢的生产工艺流程及工艺参数进行优化设计，能够进一步保证所得弹簧钢的常温性能及高温性能。本发明的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，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、精整扒皮、高速线材控制轧制；

S4：斯太尔摩冷却线控冷、线材盘条成品；

S5：双淬火热处理。

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；LF炉精炼时，将C、Si、Cr、Mn、V、Nb、Mo、W元素调至目标值。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≤2.0ppm。步骤S3中连铸时确保将中包钢水的目标温度控制在液相线温度以上10℃～40℃，连铸成Φ380mm圆坯。

通过上述冶炼步骤可获得合格的轧制原料钢坯。考虑到该钢Si含量较高，脱碳敏感性强，同时兼顾轧制工艺和Mo、W等碳化物形成元素固溶于奥氏体中的需要，轧制时钢坯加热温度按≤1050℃控制，且加热阶段快速通过800℃～900℃的低温全脱碳敏感区。

线材轧制路线具体为：Φ380mm圆坯→加热→轧制为150mm×150mm方坯→精整扒皮→加热→高速线材控制轧制→斯太尔摩冷却线控冷→Φ6.5～25mm线材盘条成品。

具体的，盘条轧制采用高速、无扭和小张力轧制，由于该钢合金元素含量高，轧制过程中易出现贝氏体、马氏体组织，故精轧温度控制在900℃以上实现未再结晶区控轧，提升钢的强韧性。控冷采用缓冷工艺，通过控制辊道速度、风机风量和保温罩开闭数量控制冷却速度缓慢冷却，防止贝氏体的产生。

值得说明的是，本发明还通过采用双淬火热处理对所得弹簧钢热轧盘条的性能进行进一步优化，结合成分特点，通过油淬火+高温回火的热处理工艺，使C元素全部固溶，高温下形成稳定细小弥散的W、Mo、Nb、V等碳化物，显著提高弹簧钢耐热性能。具体的，本发明通过以下双淬火热处理方法，以得到超细晶粒组织(晶粒度达到11级)，从而保证达到其高强度的同时，满足高韧性及抗疲劳性能，具体工艺步骤为：第一次淬火热处理时，先于850℃～900℃温度下加热20min～30min，然后油冷，再于450℃～500℃温度下回火100min～120min，最后空冷；第二次淬火热处理时，先于800℃～850℃温度下加热20min～30min，然后油冷，再于400℃～450℃温度下回火100min～120min，最后空冷。第一次淬火奥氏体化温度较高，保证碳化物元素充分溶解，同时回火温度较高保证二次硬化效果；第二次淬火奥氏体化温度较低，防止奥氏体晶粒长大，同时回火温度偏低防止析出碳化物的长大。热处理后显微组织为回火屈氏体+大量弥散短棒状或球状细小碳化物，其经热处理后常温力学性能为：抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥40％，疲劳强度≥960MPa；其高温力学性能为：400℃的抗拉强度≥900MPa，20℃～700℃温度下，导热系数范围为30W/(m·K)～35W/(m·K)，具有良好的耐热性能。热处理显微组织为细致带位向的回火屈氏体+大量弥散短棒状或球状细小碳化物，奥氏体晶粒度≥11级，晶粒尺寸为20μm～25μm，碳化物平均粒径在0.020μm～0.040μm之间，能够有效满足高温条件下弹簧钢的使用要求。

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：0.55％、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。盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，其奥氏体晶粒度为11级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其中双淬火热处理条件为：

850℃淬火20min(油冷)，480℃回火120min(空冷)→800℃淬火20min(油冷)，400℃回火120min(空冷)。

然后对其双淬火热处理后的常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

实施例2

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.65％、Si：1.30％％、Mn：0.70％、Cr：1.20％、V：0.35％、Nb：0.02％、Mo：0.12％、W：0.65％、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。盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，其奥氏体晶粒度为11.5级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其中双淬火热处理条件为：

860℃淬火30min(油冷)，500℃回火120min(空冷)→830℃淬火30min(油冷)，430℃回火120min(空冷)。

然后对其双淬火热处理后的常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。

最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

实施例3

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.65％、Si：2.00％、Mn：0.90％、Cr：1.10％、V：0.16％、Nb：0.02％、Mo：0.10％、W：1.20％、P：0.018％、S：0.010％、O：0.0006％、N：0.007％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，其奥氏体晶粒度为11.5级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其中双淬火热处理条件为：

870℃淬火30min(油冷)，450℃回火100min(空冷)→820℃淬火30min(油冷)，450℃回火100min(空冷)。

然后对其双淬火热处理后的常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。

最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

实施例4

本实施例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.64％、Si：1.50％、Mn：0.80％、Cr：1.50％、V：0.16％、Nb：0.03％、Mo：0.30％、W：0.70％、P：0.016％、S：0.020％、O：0.0009％、N：0.002％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。如图2所示，盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，如图1所示，其奥氏体晶粒度为11级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其中双淬火热处理条件为：

900℃淬火25min(油冷)，460℃回火110min(空冷)→850℃淬火25min(油冷)，420℃回火110min(空冷)。

然后对其双淬火热处理后的常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。

最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

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：1.23％、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。盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，其奥氏体晶粒度为10级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，其中双淬火热处理条件为：

860℃淬火30min(油冷)，500℃回火120min(空冷)→830℃淬火30min(油冷)，430℃回火120min(空冷)。

然后对其双淬火热处理后的常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。

最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

对比例2

本对比例的弹簧钢，其化学成分为：C：0.65％、Si：1.30％％、Mn：0.70％、Cr：1.20％、V：0.35％、Nb：0.02％、Mo：0.12％、W：0.65％、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。盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，其奥氏体晶粒度为10级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，但不经过双淬火热处理，对其常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。

最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

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。盘条热轧态组织为珠光体+铁素体，其奥氏体晶粒度为11级。

其加工步骤采用本发明的工艺流程，但不经过双淬火热处理，对其常温力学性能、高温力学性能进行测试，结果分别见图3及图4。

最后对其在不同温度下的导热系数进行测试，结果见图5。

需要说明的是，上述对比例中，对比例1的弹簧钢组分中未添加V、Nb、Mo及W，但采用本发明的工艺流程进行加工，并经过双淬火处理；对比例2的弹簧钢组分中添加V、Nb、Mo及W，但其含量范围不满足本发明的经验公式，并采用本发明的工艺流程进行处理，但不经过双淬火处理；对比例3的弹簧钢组分中添加V、Nb、Mo及W，但Cr含量较低，且其加工步骤采用本发明的工艺流程，但不经过双淬火热处理。对以上实施例1-4及对比例1-3中所得弹簧钢进行相关性能测试，测试过程及其结果具体如下：

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3。

相比较于对比例，实施例的弹簧钢，其强度均达到2100MPa以上，伸长率均达到10％以上，面缩率均达到40％以上，疲劳强度均达到970MPa以上。而对比例的弹簧钢，其强度在1635MPa左右，伸长率为9％左右，面缩率为9％左右，疲劳强度为620MPa左右，说明实施例中的弹簧钢具有较好的强韧性。

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和导热系数分析，其高温力学性能及20℃～700℃温度下的导热系数，结果分别见图4及图5。

相比较于对比例，实施例弹簧钢经双淬火热处理后，其400℃的抗拉强度≥900MPa，20℃～700℃导热系数为30W/(m·K)～35W/(m·K)，而对比例1及对比例2的弹簧钢，其400℃的抗拉强度为756MPa以下，20℃～700℃的温度下导热系数为28W/(m·K)～31W/(m·K)。

结合对比例1及对比例2的数据可知，当弹簧钢的组分不满足本发明的元素种类、含量范围及经验公式要求的范围时，即便采用本发明的工艺流程加工所得弹簧钢，其的抗拉强度仍会有较大程度的降低，同时，双淬火加工工艺对常温及高温下的抗拉强度也具有较大的影响，若是元素组分满足本发明的范围要求时，不采用双淬火加工工艺，对最终所得弹簧钢的性能也有影响。

而对比例3的弹簧钢组分控制在本发明限定的含量范围内，但是由于加入的Cr含量较低，且其工艺流程中不经过双淬火热处理，其抗拉强度达到1860MPa，400℃下抗拉强度达到890MPa，相比较对比例1及对比例2，其高温性能得到一定提升，但仍次于实施例的数据。

结合图5可知，实施例中导热系数均高于对比例中的导热系数值，且对比例3的导热系数值略高于对比例1及对比例2中的数值。

Claims (7)

1.一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢，其特征在于，其组分的重量百分比范围如下：C：0.55%～0.65%、Si：1.30%～2.00%、Mn：0.70%～0.90%、Cr：1.10%～1.50%、V：0.15%～0.35%、Nb：0.02%～0.04%、Mo：0.10%～0.30%、W：0.60%～1.20%、P：痕量～0.015%、S：痕量～0.010%、O≤0.0010%、N≤0.007%，其余为Fe和其它不可避免的杂质；其组分配比需满足以下两个关系式：

（1）0.7≤(9Nb+2V)/C≤1.5；

（2）0.9C≤0.26W+0.35Mo+0.32Cr+Nb+V≤1.5C；

其加工方法包括如下步骤：

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、精整扒皮、高速线材控制轧制；

S4：斯太尔摩冷却线控冷、线材盘条成品；

S5：双淬火热处理，第一次淬火热处理时，先于850℃~900℃温度下加热20min~30min，然后油冷，再于450℃~500℃温度下回火100min~120min，最后空冷；第二次淬火热处理时，先于800℃~850℃温度下加热20min~30min，然后油冷，再于400℃~450℃温度下回火100min~120min，最后空冷。

2.一种如权利要求1所述的抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，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、精整扒皮、高速线材控制轧制；

S4：斯太尔摩冷却线控冷、线材盘条成品；

S5：双淬火热处理。

3.根据权利要求2所述的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，其特征在于，步骤S1中电弧炉冶炼时，出钢前定氧，并控制出钢过程下渣；LF炉精炼时，将C、Si、Cr、Mn、V、Nb、Mo、W元素调至目标值。

4.根据权利要求3所述的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，其特征在于，步骤S2中真空脱气时间至少为15min，真空处理后[H]含量≤2.0ppm；步骤S3中连铸时将中包钢水的目标温度控制在液相线温度以上10℃~40℃。

5.根据权利要求4所述的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，其特征在于，步骤S5中双淬火热处理的具体工艺为：第一次淬火热处理时，先于850℃~900℃温度下加热20min~30min，然后油冷，再于450℃~500℃温度下回火100min~120min，最后空冷；第二次淬火热处理时，先于800℃~850℃温度下加热20min~30min，然后油冷，再于400℃~450℃温度下回火100min~120min，最后空冷。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，其特征在于，所得弹簧钢的奥氏体晶粒度≥11级，晶粒尺寸为20μm～25μm，碳化物平均粒径在0.020μm～0.040μm。

7.根据权利要求3-5中任一项所述的一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢的生产方法，其特征在于，所得弹簧钢常温下的抗拉强度≥2100MPa，断后伸长率≥10%，断面收缩率≥40%，疲劳强度≥960MPa；其在400℃的抗拉强度≥900MPa；20℃～700℃温度下，导热系数范围为30W/(m·K)～35W/(m·K)。

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