專利名稱：轎車懸架螺旋簧用材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種制造轎車懸架螺旋簧用材料。
目前轎車懸架螺旋簧用材料，多為高、中碳及貴重合金元素生產(chǎn)的彈簧鋼，如50CrV4、SUP12、9254等型號(hào)的鋼，其價(jià)格高，軋制、拔絲、熱處理、繞簧性能差，在高強(qiáng)度條件下的韌塑性，疲勞性結(jié)合不理想，用其材料生產(chǎn)轎車懸架螺旋簧不盡人意。
本發(fā)明的目的是提供一種新的轎車懸架螺旋簧用材料，可很好地解決生產(chǎn)轎車懸架螺旋簧用材料的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，新材料采用碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、釩((V)、硼(B)、及鐵(Fe)組成，其組份含量為(重量百分比計(jì))碳0．34-0．43％、硅0．80-1．40％、錳1．10--1．60％、磷≤0．025％、硫≤0．015％、釩0．08-0．14％、硼0．0005-0．0035％，余量為鐵。實(shí)現(xiàn)上述材料的生產(chǎn)方法是，將配制爐料在通用煉鋼用的電爐中進(jìn)行冶煉，之后在爐外鋼包中加熱、抽真空、吹氬及喂絲工藝條件下進(jìn)行精煉，使之精煉后的材料成份符合要求，含氧[O]≤15ppm，氮[N]≤65ppm(1ppm為1／1000000含量)；低倍組織為一般疏松≤1級(jí)、中心疏松≤1級(jí)，偏析≤1級(jí)；非金屬夾雜物，按ASTM標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)A類硫化物類)、B類(氧化鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)的細(xì)系均≤1．5級(jí)，粗系均≤1級(jí)；晶粒度≥8級(jí)。
本發(fā)明的材料組份科學(xué)，強(qiáng)度大，韌性好，疲勞性能和抗松弛性能好，淬透性大，工藝性能好，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，易生產(chǎn)，成本低，可有效地解決轎車懸架螺旋彈簧用材料問(wèn)題，還可用于汽車變截面板簧和其他重要彈簧。本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有轎車懸架螺旋簧用材料的一大革新創(chuàng)造，具有極大的實(shí)用價(jià)值，并可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
以本發(fā)明材料38SiMnVB型實(shí)際冶煉出的鋼為例，具體情況如下1、組份(重量％計(jì))碳3．8、硅0．91、錳1．24、釩0．09、硼0．001、磷0．023、硫0．012，余量為鐵；2、含氧量12ppm；3、低倍組織(坯料)一般疏松1．0，中心疏松1．0，偏析1．0；4、晶粒度9級(jí)；5、非金屬夾雜物，按等效國(guó)標(biāo)GB10561-89的ASTM標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)為A類細(xì)系0．5、粗系0，B類細(xì)系1．0、粗系1．0，C類細(xì)系0．5、粗系O，D類細(xì)系0．5、粗系0；其生產(chǎn)方法是，將不同爐料按一定要求先在電爐中進(jìn)行冶煉，之后將鋼水注入鋼包在爐外進(jìn)行精煉，精煉按常規(guī)精煉要求條件進(jìn)行，沒(méi)有特殊要求，但用鋼包在爐外進(jìn)行精煉是我國(guó)相近鋼種原來(lái)生產(chǎn)方法中所沒(méi)有的。對(duì)鋼包在爐外進(jìn)行精煉后，才能使新材料達(dá)到本發(fā)明材料質(zhì)量的要求。精煉中，使材料中含硫量達(dá)到0．012％，經(jīng)抽真空吹氬喂絲處理使含氧控制在12ppm；使鋼坯低倍組織一般疏松1．0級(jí)，中心疏松1．0級(jí)，偏析1．0級(jí)；使非金屬夾雜物達(dá)到粗、細(xì)系要求；其晶粒大小是由微量釩(V)及精煉中共同作用實(shí)現(xiàn)的。
要指出的是，材料中氧[O]來(lái)自煉鋼過(guò)程中爐氣和金屬爐料，其危害是可形成各種非金屬夾雜物，大大降低鋼的各種力學(xué)性能，因此在生產(chǎn)中必須經(jīng)精煉加以限制；氮[N]來(lái)自煉鋼過(guò)程中爐氣和金屬原料如含鉻(Cr)、釩(V)、鋁(Al)、鈦(Ti)等較高的廢鋼和鐵合金，它可使鋼的塑性降低，脆性增大，淬火時(shí)效、應(yīng)變時(shí)效傾向增長(zhǎng)，因此，材料中也必須加以嚴(yán)格限制；所謂低倍組織是指鋼坯在規(guī)定要求制樣后，在一定溫度熱腐蝕后直接或用低倍放大鏡觀察被腐蝕面內(nèi)部金屬致密程度和成份均勻性。一般疏松及中心疏松是小孔隙，偏析是指成份偏析或成份不均勻性。分5級(jí)，1級(jí)或1級(jí)以下是比較好的，低倍組織不好，則鋼材性能差；非金屬夾雜物是指A類(硫化物類)、B類(氧化鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)，每類分細(xì)系和粗系兩種，細(xì)系夾雜物尺寸較小，粗類尺寸較大，ASTM標(biāo)準(zhǔn)指出A類細(xì)系厚度約4μm、粗系厚度約6μm，B類細(xì)系厚度約9μm，粗系厚度約15μm，C類細(xì)系厚度約5μm，粗系厚度約9μm，D類細(xì)系直徑約8μm，粗系直徑約12μm。非金屬夾雜物相當(dāng)孔洞或裂紋，有時(shí)它的危害比孔洞和裂紋還要大，可大大降低鋼材的性能，特別是疲勞性能；晶粒度是指金屬晶粒的大小，晶粒度越大，晶粒越小，鋼材性能越好。
根據(jù)上述情況和要求，本發(fā)明具有以下創(chuàng)造性一、組份科學(xué)、合理，由于本發(fā)明材料組份的不同，造就了本發(fā)明鋼材均優(yōu)于國(guó)內(nèi)外鋼材，成份比較表如下成份(％) C SiMn Cr V B P S 標(biāo)準(zhǔn)與說(shuō)明鋼號(hào)9254 0．51-0．59 1．20-1．60 0．60-0．80 0．60-0．80 0．035 0．040 美SAE50CrV4 0 47-0．55 ≤0．40 0．10-1．10 0．90-1．20 0．10-1．20 0．035 0．035 德DIN50CrV4 0．55-0．62 0．15-0．40 0．70-1．10 0．90-1．20 0．10-0．20 0．035 0．035 德DINSUP120.51-0.59 1．20-1．60 0．60-0．90 0．60-0．90 0．030 0．030 日J(rèn)IS55SiCr 0．51-0．59 1．30-1．60 0．60-0．80 0．60-0．80 0．10-0．20 0．020 0．015 我國(guó)研制桑塔納簧鋼料50CrV4 0．47-0．55 0．15-0．40 0．70-1．10 0．90-1．20 0．10-0．20 0．020 0．015 我國(guó)研制奧迪簧鋼料38SiMnVB 0．34-0．43 0．80-1．40 1．10-1．60 0．08-014 0．0005 0．025 0．015 本發(fā)明鋼料-0．0035
二、本發(fā)明鋼與國(guó)內(nèi)外轎車懸架簧常用鋼相比主要優(yōu)點(diǎn)是(1)強(qiáng)度、韌性特別是彈簧所需的疲勞性能好，(2)淬透性大，(3)工藝性能好，(4)價(jià)格低，具體說(shuō)明如下1，本發(fā)明材料(鋼)含C量少，淬火后主要組織為板條狀馬氏體。上述各種鋼含C多，淬火后主要組織為針狀(或片狀)馬氏體，針狀馬氏體形成時(shí)易產(chǎn)生顯微裂紋，而板條馬氏體則不會(huì)產(chǎn)生顯微裂紋。本發(fā)明主要用由板條狀馬氏體回火后產(chǎn)生的綜合機(jī)械性能及疲勞性能好的回火馬氏體，它仍保留板條形態(tài)。
2，不含我國(guó)資源少，價(jià)格高的鉻(Cr)，僅含微量V(比上述國(guó)內(nèi)外鋼號(hào)少)及微量B，使本鋼種淬透性大，價(jià)格低。
3，由于含C少，合金元素少，本鋼種軋制、拉拔、熱處理及繞簧工藝性能好。
三、本發(fā)明鋼與35SiMnB及其他相近鋼種相比主要優(yōu)點(diǎn)是(1)強(qiáng)度韌性特別是彈所需的疲勞性能和抗松馳性能好，(2)淬透性大，具體說(shuō)明如下1．含C的下限控制為0．34％及加了微量V，使本發(fā)明鋼有優(yōu)良的抗彈性松馳性能，解決了35SiMnB型等鋼設(shè)有解決的難題。國(guó)產(chǎn)鋼28MnSiB、30SiMnB、33SiMnB、35SiMnB型存在永久變形，只能用于生產(chǎn)拖車、農(nóng)用車等板簧，不能用于生產(chǎn)高級(jí)汽車板簧，本發(fā)明采取嚴(yán)格限制含C下限，控制了含C范圍，添加了微量V，解決了這個(gè)難題。
2．對(duì)有害元素P，S含量比專利35SiMnB及相近鋼種限制嚴(yán)格得多(比國(guó)外鋼號(hào)限制也嚴(yán))，這有利于提高材料的機(jī)械性能，特別是韌性。
3．對(duì)性能有害的O，N含量明確提出了專利35SiMnB及相近鋼種沒(méi)有提出的嚴(yán)格限制，這有利于提高機(jī)械性能，減少非金屬夾雜，提高疲勞性能。
4．對(duì)性能有害的一般疏松，中心疏松，偏析明確提出了專利35SiMnB及相近鋼種沒(méi)有的嚴(yán)格要求。這使鋼材內(nèi)在質(zhì)量致密、機(jī)械性能提高。
5．對(duì)疲勞性能特別有害的非金屬夾雜物明確提出了專利35SiMnB及相近鋼種沒(méi)有的嚴(yán)格要求。使彈簧鋼最主要性能疲勞性大大提高。
6．對(duì)性能影響較大的晶粒度明確提出了專利35MnSiB及相近鋼種沒(méi)有的高的技術(shù)要求，這使該鋼有更好的強(qiáng)度及韌性。
7．為了保證本發(fā)明鋼達(dá)到設(shè)計(jì)成份和一系列嚴(yán)格的技術(shù)要求，保證鋼的高質(zhì)量本鋼種在普通電爐一般工藝冶煉之后，又在爐外鋼包加熱，抽真空，吹氬及喂絲條件下進(jìn)行合金化、成份微調(diào)、脫氣、除非金屬夾雜物的精煉處理工藝。
8．主要應(yīng)用及對(duì)比的國(guó)內(nèi)外鋼號(hào)層次不同。
專利35MnSiB及相近鋼種主要用于車輛板簧，其對(duì)比的國(guó)內(nèi)外鋼號(hào)是性能要求一般，層次較低的普通彈簧鋼，如日本SUP6，SUP7，美國(guó)9260，前蘇聯(lián)55CF，我國(guó)60Si2Mn。本發(fā)明主要用于轎車懸架螺旋彈簧，其對(duì)比的國(guó)內(nèi)外鋼號(hào)是性能要求很高層次高的彈簧鋼。
四、本發(fā)明鋼與轎車懸架螺旋簧其他國(guó)產(chǎn)化鋼相比還有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)合我國(guó)資源設(shè)計(jì)的獨(dú)立的新鋼號(hào)，(2)與之配套使用的制簧工藝先進(jìn)，其生產(chǎn)率高，性能好，價(jià)格低。
1、桑塔納車研制的55SiCr與美國(guó)9254成份相近(主要區(qū)別是加V)，對(duì)奧迪車用的銀亮鋼50CrV4與德國(guó)鋼號(hào)50CrV4成份完全相同。本發(fā)明鋼號(hào)完全不同于國(guó)外鋼號(hào)。
2、桑塔納與奧迪轎車懸架螺旋簧國(guó)產(chǎn)化研制鋼55SiCr及50CrV4采用先繞簧后再熱處理；本新鋼采用先熱處理成高強(qiáng)度鋼絲然后再繞簧，因而本發(fā)明生產(chǎn)效率高，不存在繞簧后熱處理變形，各件性能均勻一致(至少每盤繞的簧性能是一致的，每盤重幾百公斤甚至一噸以上)質(zhì)量好，成本低。
五、本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)轎車懸架螺旋簧材料國(guó)產(chǎn)化。獨(dú)立設(shè)計(jì)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型彈簧鋼并實(shí)現(xiàn)該簧生產(chǎn)的現(xiàn)代化。
六、本發(fā)明對(duì)一個(gè)單項(xiàng)來(lái)說(shuō)，并非都是國(guó)內(nèi)外沒(méi)有的發(fā)明，但作為生產(chǎn)轎車懸螺旋簧的優(yōu)化發(fā)明的新材料成份，嚴(yán)格技術(shù)要求，爐外精煉生產(chǎn)方法等所組成的成套技術(shù)，卻是國(guó)內(nèi)外所沒(méi)有。以下給出本發(fā)明的38SiMnVB型鋼材具體詳細(xì)情況。
本發(fā)明材料是在電爐冶煉后又進(jìn)行爐外精煉，一爐生產(chǎn)30多噸鋼。各種結(jié)果如下一、化學(xué)成份(重量％)C 3．8 Si0．91 Mn1．24 V0．09 B0．001 P0．023 S0．012二、[O]含量12ppm三、低倍組織(坯料)一般疏松中心疏松 偏析1．0 1．0 1．01．0 1．0 1．01．0 1．0 1．0四、棒材成品φ12mm1．晶粒度9級(jí)2．非金屬夾雜物按等效國(guó)標(biāo)GB10561-89的ASTM標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)A B C D細(xì) 粗 細(xì)粗細(xì)粗細(xì) 粗0．5 01．0 1．00．5 00．5 01．0 01．5 1．0000．5 00．5 01．0 1．0000．5 0
五、機(jī)械性能熱處理后機(jī)械性能國(guó)內(nèi)外轎車懸架簧鋼對(duì)比見(jiàn)下表鋼號(hào) 熱處理抗拉強(qiáng)度材料直徑斷面收縮率材料直徑標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求或說(shuō)明δb(N／mm2) (mm) ψ(％) (mm)SUP12油淬火，回火 1660-1810當(dāng)ψ＞30，當(dāng)8．00＜φ＜14．0 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISG3560-1994規(guī)φ7-11．5SUP12油淬火，回火 1802， 9．5552．2， 9．55日本材質(zhì)保證書最好實(shí)例SUP12油淬火，回火 1796， 9．5141，9．51另日本材質(zhì)保證書一般實(shí)例55SiCr 油淬火，回火 1872-1885， 10．8 48．2-49．3， 10．8桑塔納轎車簧國(guó)產(chǎn)鋼實(shí)例50CrV4 1500-1750， 13．89奧迪轎車簧用鋼技術(shù)要求50CrV4 油淬火，回火370℃ 1760， 13．89 39，13．89 奧迪轎車簧用鋼技術(shù)要求50CrV4 油淬火，回火400℃ 1680， 13．89 39，13．89 奧迪轎車簧國(guó)產(chǎn)鋼實(shí)例50CrV4 油淬火，回火430℃ 1550， 13．89 44，13．89 奧迪轎車簧國(guó)產(chǎn)鋼實(shí)例38SiMnVB 油淬火，低溫回火 1780， 9．5553．5， 9．55本發(fā)明鋼實(shí)例38SiMnVB 油淬火，低溫回火 1800， 9．5552，9．55本發(fā)明鋼實(shí)例38SiMnVB 油淬火，低溫回火 1850， 9．3549，9．35本發(fā)明鋼實(shí)例38SiMnVB 油淬火，低溫回火 1870， 9．3547，9．35本發(fā)明鋼實(shí)例38SiMnVB 油淬火，低溫回火 1914， 10 46，10 本發(fā)明鋼實(shí)例38SiMnVB 油淬火，低溫回火 2033， 10 44，10 本發(fā)明鋼實(shí)例從上表本發(fā)明鋼試驗(yàn)實(shí)例中可看出，新鋼除達(dá)到日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISG3560-1994規(guī)定的力學(xué)性能外，還有顯著超過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能及未進(jìn)行測(cè)試的更高潛力。這種高性能正是世界各國(guó)研制轎車懸架螺旋簧用新彈簧鋼所追求的目標(biāo)。
六、臺(tái)架疲勞與松馳性能試驗(yàn)臺(tái)架疲勞壽命試驗(yàn)及試驗(yàn)中同時(shí)完成松馳性能測(cè)試工作是國(guó)內(nèi)外同認(rèn)可的綜合檢驗(yàn)彈簧鋼及彈簧產(chǎn)品質(zhì)量的主要方法。
本發(fā)明鋼與國(guó)產(chǎn)化鋼對(duì)比見(jiàn)下表
從上述臺(tái)架疲勞試驗(yàn)中可看出，本發(fā)明鋼試驗(yàn)最大剪應(yīng)力τmax為1054MPa(即1054N／mm2)，高于桑塔納簧試驗(yàn)最大剪應(yīng)力τmax為1000MPa，更高于奧迪簧試驗(yàn)最大剪應(yīng)力τmax940，4MPa，特別重要的是人們最關(guān)心的鋼的松馳性能(負(fù)荷損失與高度損失)，其最高損失的試樣只有技術(shù)要求限制量的1／3，還有一些試樣損失量為零?？傊?，本發(fā)明均滿足或超過(guò)規(guī)定技術(shù)要求。本發(fā)明的研制成功，將為轎車懸架螺旋簧用材料作出創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.轎車懸架螺旋簧用材料，其特征在于該材料是由組份以重量百分比計(jì)碳0．34-0．43％，硅0．80-1．40％，錳1．10-1．60％，磷≤0．025％硫≤0．015％，釩0．08-0．14％，硼0．0005-0．0035％，余量為鐵組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轎車懸架螺旋簧用材料，其特征在于所說(shuō)的材料中含氧≤15PPM，氮≤65PPM；低倍組織為一般疏松≤1級(jí)，中心疏松≤1級(jí)，偏析≤1級(jí)；非金屬夾雜物，按ASTM標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)，A類(硫化物類)，B類(氧化鋁類)，C類(硅酸鹽類)D類(球狀氧化物類)的細(xì)系均≤1．5級(jí)，粗系均≤1級(jí)；晶粒度≥8級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明是一種轎車懸架螺旋簧用材料及生產(chǎn)方法,其材料是由碳、硅、錳、磷、硫、釩、硼及鐵組成,生產(chǎn)方法是將爐料在煉鋼電爐中進(jìn)行冶煉,之后,在爐外鋼包中進(jìn)行精煉,精煉中經(jīng)加熱、抽真空,吹氬及喂絲,使精煉后的材料中成分符合要求,含氧≤15PPM,氮≤65PPM,低倍組織一般疏松,中心疏松,偏析均≤1級(jí);非金屬夾雜物A、B、C、D四類的細(xì)系均≤1.5級(jí),粗系均≤1級(jí);晶粒度≥8級(jí),其組分科學(xué)合理,生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單,材料性能好,質(zhì)優(yōu)價(jià)低,應(yīng)用前景光明,經(jīng)濟(jì)效益巨大。
文檔編號(hào)C22C38/12GK1203957SQ9811353
公開(kāi)日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1998年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月30日
發(fā)明者韓建中, 韓陽(yáng), 馬周成, 盧冬良, 劉翠玲, 韓暉, 李華, 高協(xié)清, 江巖, 石光 申請(qǐng)人:韓建中, 鄭州海紐彈簧鋼開(kāi)發(fā)公司