專利名稱：一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈簧用鋼，具體屬于汽車膜片彈簧用冷軋鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明提出之前，涉及合金結(jié)構(gòu)鋼制造領(lǐng)域的同類技術(shù)產(chǎn)品較多，但針對汽車膜片彈簧鋼，特別是冷軋汽車膜片彈簧鋼方面的較少。經(jīng)初步檢索，如中國專利“汽車保險帶彈簧片用鋼帶及其生產(chǎn)方法”專利申請?zhí)朇N200510110463. 4的專利文獻，所涉及鋼具有下列成分及質(zhì)量百分比 C 彡 O. 15%, Si ( I. 00%, Mn ( 2. 00%, Cr 16. 00 17· 00%, Ni 6. 00 8. 00%, P ^ O. 045%，S彡O. 030%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該冷軋鋼帶與本發(fā)明相比，在化學(xué)成分上添加了較多的Cr和Ni，Si、Mn含量較高，C含量偏低，屬于不銹鋼類型鋼種。雖然該鋼有比較好的冷軋加工、綜合力學(xué)性能和耐蝕性，但生產(chǎn)成本過高，不合適大批量生產(chǎn)使用。 澳大利亞專利文獻AU19910078373 “一種機動車離合器膜片彈簧用低合金冷軋鋼”，該文獻存在的不足是軋制時軋機負荷較大，同時采用板坯一熱處理一冷軋，屬于單張軋制生產(chǎn)，保證了鋼板壓下率和綜合力學(xué)性能，但板形控制難度增加，且生產(chǎn)效率低。日本專利文獻JP19880302173“高強度熱處理彈簧鋼帶及其生產(chǎn)方法”，存在的不足是在化學(xué)成分上C、Si上限值較高，加入了 Ni、Cr、Mo、V和Nb合金中的一種以上，同時還需要進行滲碳提高強度，生產(chǎn)成本偏高，且對生產(chǎn)設(shè)備要求較高，后期加工難度也較大。在汽車離合器總成中，膜片彈簧對汽車離合器總成中的性能和使用壽命有很大影響。目前，受冶金設(shè)備能力水平和后期加工水平所限，國內(nèi)汽車膜片彈簧鋼均采用“熱軋一退火一加工一熱處理”的工藝路線，通過退火處理降低鋼的強度后再進行加工和熱處理，但其產(chǎn)品綜合力學(xué)性能和使用壽命達不到高檔汽車離合器用鋼的要求。因此，為了進一步提高汽車膜片彈簧彈力、冷熱加工性能、使用壽命，并減少鋼板性能波動，可對鋼卷進行冷軋后再進行加工生產(chǎn)。該系列工序?qū)︿摼硇阅芤蟾?，工藝繁瑣，國?nèi)已有鋼種不能完全滿足設(shè)計要求，為此提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針的目的在于解決在熱軋中易出現(xiàn)的軋制斷裂、鑄坯內(nèi)部易產(chǎn)生裂紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題，從而提供一種所生產(chǎn)的膜片彈簧彈性極限高、屈服極限高、抗疲勞極限性能高和使用壽命較長的汽車用冷軋膜片彈簧鋼及其生產(chǎn)方法。實現(xiàn)上述目的的措施
一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼，其組分及重量百分比含量為C :0. 4(Γ0. 65，Si
O.15 O. 35，Mn 0. 60 1· 00，P 彡 O. 010，S 彡 O. 007，Alt ( O. 040，Ni 0. 20 0· 50，Cr
O.80 1· 20，V :0. 27 O. 55，N彡O. 005，余量為Fe及不可避免的夾雜；控制金相組織為回火索氏體。生產(chǎn)一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼的方法，其步驟1)進行鐵水脫硫；
2)進行轉(zhuǎn)爐冶煉；
3)在LF爐中進行精煉；
4)在RH真空爐中進行處理，控制真空處理時間不少于18分鐘；
5)連鑄成坯在連鑄過程中進行電磁攪拌；
6)在保溫罩內(nèi)對鑄還進行溫度分段保溫大于650°C時冷卻速度不大于50°C/小時,在250 650°C范圍內(nèi)冷卻速度范圍20(T30(TC /小時，低于250°C時打開保溫罩進行空冷；
7)鑄坯加熱，加熱溫度控制為1200 1300°C，加熱速率控制為6 12分鐘/厘米； 8)進行分段軋制控制粗軋開軋溫度在1080 1180°C，控制精軋終軋溫度在800 900 0C ；
9)進行卷取，控制卷取溫度在650 750°C；
10)進行緩冷，冷卻速度控制在不超過40°C/小時下冷卻至不超過200°C ；
11)進行切割；
12)進行第一次退火，退火溫度為700 840°C，退火時間(6+0.5Q)X 50分鐘/噸鋼， 式中，Q表示裝入的鋼板總重量，單位為噸；
13)進行第一次冷軋，其壓下率控制在15 25%；
14)進行第二次退火，退火溫度為500 600°C，退火時間(6+0.5Q)X 15分鐘/噸鋼， 式中，Q表示裝入的鋼板總重量，單位為噸；
15)進行第二次冷軋，其壓下率控制在10 20%；
16)加工成型；
17)進行淬火，控制淬火溫度在820 900°C，淬火時間為板厚(毫米)另外加30分鐘；
18)進行回火，控制回火溫度在450 600°C，回火時間為板厚(毫米)另外加50分鐘；
19)待用。其特征在于當(dāng)壓下率大于25%時進行二次冷軋；當(dāng)壓下率不超過25%時進行一次冷軋。本發(fā)明中各元素及主要工藝參數(shù)的作用及機理
C :其是提高鋼材強度最有效的元素，隨著C含量的增加，鋼中Fe3C增加，淬硬性也增力口，鋼的抗拉強度和屈服強度提高。但是，隨著C含量增加，鋼材的延伸率、沖擊韌性和冷加工性能下降。因此，結(jié)合現(xiàn)有的同類型鋼種，本發(fā)明鋼的C含量應(yīng)控制在O. 409Γ0. 65%以內(nèi)，保證鋼板有高強度、高淬硬性、高耐磨性等。Si :其與碳的親和力很弱，在鋼中不與碳化合，但能溶入鐵素體，產(chǎn)生固溶強化作用，使得鐵素體的強度和硬度提高，但塑性和韌性卻有所下降?？梢?，Si對強度有一定幫助，但含量不可過高，以免降低鋼的塑韌性。本發(fā)明鋼的Si含量控制在O. 159ΓΟ. 35%范圍內(nèi)可滿足要求。Mn:其與碳的親和力較強，是擴大奧氏體相區(qū)、細化晶粒、球化碳化物和保證綜合性能以及提高淬透性的有效元素，且它并不惡化鋼的變形能力，I. 00%的Mn約可為抗拉強度貢獻lOOMPa?？紤]到本發(fā)明鋼的強度范圍，因此將Mn控制在O. 60°/Γ . 00%。Al :其是鋼中的主要脫氧元素，在奧氏體中的最大溶解度大約0.6%，它溶入奧氏體后僅微弱地增大淬透性。但是當(dāng)Al含量偏高時，易導(dǎo)致鋼中夾雜增多，對鋼的韌性不利，同時會降低鋼的淬硬性和韌性，減少彈簧鋼的使用壽命。因此將鋼中Alt含量控制在
O.040% 以內(nèi)。Cr :其能提高鋼的淬透性并有二次硬化的作用，是有效提高鋼材強度特別是高溫強度的元素，還能提高鋼中滲碳體穩(wěn)定性及硬度，對提高鋼的彈性、耐磨性和極限強度有重要作用。能夠提高鋼材抗氫脆能力和回火穩(wěn)定性。同時，Cr還能提高鋼卷表面質(zhì)量，便于后期冷軋加工。考慮到上述分析結(jié)果，將Cr含量控制在O. 809Γ1. 20%。Ni :其是擴大Y相、細化晶粒、球化碳化物和保證綜合性能以及提高淬透性的有效元素，它能在鋼中強化鐵素體并細化珠光體，提高退火后的珠光體球化比率，降低剪切應(yīng)力，提高冷軋加工性能。同時，添加Ni后可明顯提高鋼卷的韌性，提高了鋼的沖擊性能。但 加入Ni含量過多會使得鋼卷加熱時易產(chǎn)生致密氧化層，在冷軋過程中會壓入鋼卷，影響表面質(zhì)量。同時，過多的Ni含量會提高鋼的強度，造成塑性降低。因此，綜合考慮將Ni含量控制在O. 20% 0· 50%οV :其是有效提高鋼板強度的碳化物形成元素之一，在鋼中的效果僅次于Nb、Ti。鋼中加入V后將形成VC，提高了滲碳體的熔點、硬度和耐磨性。汽車離合器彈簧鋼熱處理時要進行回火，V在中溫回火時發(fā)生彌散狀態(tài)分布，產(chǎn)生二次硬化，降低材料的塑性，使用時容易發(fā)生斷裂。因此，設(shè)計時要將V控制在O. 279Γ0. 55%。雜質(zhì)元素P、S盡管在鋼中含量甚少，但對鋼的冷加工性能有很大影響。因此嚴(yán)格控制其含量能明顯減少加工過程中的斷裂現(xiàn)象。在冷軋鋼卷發(fā)生的脆斷往往由裂紋源的擴展造成的，裂紋源則大多出現(xiàn)在P的偏析處，而含S的夾雜物的偏聚也易造成分層撕裂等。因此，對于該鋼應(yīng)將P控制在O. 010%以內(nèi)，S控制在O. 007%以內(nèi)。另外，該鋼在連鑄和緩冷過程要求較高，應(yīng)盡量減少鋼中氣體含量，減小鋼的偏析。同時，為了減少鋼的時效影響，將N的含量控制在O. 005%以內(nèi)。本發(fā)明將煉鋼工藝中的真空處理時間限定不少于18min，其目的是通過增加真空處理時間可較好的降低鋼中雜質(zhì)、氣體含量。還有規(guī)定在連鑄時必須進行電磁攪拌，是因為鋼含碳量、合金元素含量較高，以降低元素偏析。還要求對鑄坯按照溫度段不同采取不同的緩冷速度，目的就是避開高溫脆化區(qū)域，防止斷坯，減少鑄坯裂紋，提高鑄坯質(zhì)量。關(guān)于軋鋼工藝方面
由于該鋼強度高，要按高強鋼工藝進行軋制和卷取。軋制前鑄坯加熱溫度為120(Tl300°C，加熱速率為6 12min/cm，確保鑄坯受熱溫度均勻。粗軋和精軋時，設(shè)定溫度要比常規(guī)低合金鋼高，以減小軋機設(shè)備負荷。同時，要考慮鋼的臨界點溫度，避免出現(xiàn)混晶現(xiàn)象。因此，鋼的粗軋開軋溫度控制為108(Tll80°C，精軋終軋溫度控制為80(T900°C，卷取溫度控制為65(T750°C。卷取后對鋼卷進行緩冷工藝，是為了降低卷取應(yīng)力并使得鋼卷不同部位力學(xué)性能均勻。關(guān)于熱處理工藝方面
由于產(chǎn)品最終需要加工成汽車離合器圓片，且對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，所以針對該鋼的特點設(shè)計加工工藝路線鋼卷一退火一切割一冷軋一(退火一冷軋，根據(jù)實際要求確定冷軋次數(shù))加工一淬火一回火一檢驗發(fā)貨。之所以采用直接退火后再進行切割，是為了減小鋼卷直接切割時發(fā)生邊部裂紋甚至斷帶。退火后鋼卷為球化珠光體，強度較低，便于剪切加工。而采用多次退火及冷軋，則是為了降低冷軋難度，減小單道次壓下量，避免在冷軋過程中斷帶。經(jīng)大量實驗發(fā)現(xiàn)，第一次退火溫度設(shè)計為70(T84(rc是為了大幅下降鋼卷強度，并使得鋼的珠光體組織球化，易于剪切加工。第二次退火溫度設(shè)計為50(T60(rc主要是為了消除冷軋后的應(yīng)力，降低強度，易于進一步的冷軋工序。淬火溫度設(shè)計為82(T90(TC，回火溫度設(shè)計為45(T600°C，是為了讓鋼完全奧氏體化，淬火+回火后得到均勻穩(wěn)定的回火馬氏體，獲得高強度、高彈性、高屈服極限、高抗疲勞極限和較長使用壽命。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在成分設(shè)計上采用中碳，并添加一定量的Mn、Cr、Ni、V，同時嚴(yán)格控制P、S含量，使得本發(fā)明鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。利用合理的軋制和卷取制度，在軋機軋制能力范圍內(nèi)提高鋼卷性能。后期加工中設(shè)計了熱軋卷一退火一切割一加工—淬火一回火的工藝路線，利用退火工藝降低了剪切和冷軋難度，并通過淬火+回火熱處理得到回馬氏體組織，利用鋼中Cr、Ni、V等微合金的復(fù)合強化作用保證了鋼材獲得足夠的 強度和耐磨性。本發(fā)明鋼通過軋制和熱處理后，具有高強度、高彈性、高屈服極限、高抗疲勞極限和較長使用壽命，可用于制造各類車輛特別是高檔轎車離合器總成。


附圖為本發(fā)明的冷軋態(tài)組織圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明予以詳細描述
表I為本發(fā)明各實施例及對比例的組分取值列表；
表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實施例及對比例力學(xué)檢驗結(jié)果情況列表；
本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產(chǎn)
其步驟
1)進行鐵水脫硫；
2)進行轉(zhuǎn)爐冶煉；
3)在LF爐中進行精煉；
4)在RH真空爐中進行處理，控制真空處理時間不少于18分鐘；
5)連鑄成坯在連鑄過程中，進行電磁攪拌；
6)在保溫罩內(nèi)對鑄還進行溫度分段保溫大于650°C時冷卻速度不大于50°C/小時,在250 650°C范圍內(nèi)冷卻速度范圍20(T30(TC /小時，低于250°C時打開保溫罩進行空冷；
7)多鑄坯加熱，加熱溫度控制為1200 1300°C，加熱速率控制為6 12分鐘/厘米；
8)進行分段軋制控制粗軋開軋溫度在1080 1180°C，控制精軋終軋溫度在800 900 0C ；
9)進行卷取，控制卷取溫度在650 750°C；10)進行緩冷，冷卻速度控制在不超過40°C/小時下冷卻至不超過200°C ；
11)進行切割；
12)進行第一次退火，退火溫度為700 840°C，退火時間(6+0.5Q)X 50分鐘/噸鋼， 式中，Q表示裝入的鋼板總重量，單位為噸；
13)進行第一次冷軋，其壓下率控制在15 25%；
14)進行第二次退火，退火溫度為500 600°C，退火時間(6+0.5Q)X 15分鐘/噸鋼， 式中，Q表示裝入的鋼板總重量，單位為噸；
15)進行第二次冷軋，其壓下率控制在10 20%；
16)加工成型；
17)進行淬火，控制淬火溫度在820 900°C，淬火時間為板厚(毫米)另外加30分鐘；
18)進行回火，控制回火溫度在450 600°C，回火時間為板厚(毫米)另外加50分鐘；
19)待用。表I本發(fā)明各實施例與對比鋼種化學(xué)成分(wt%)
權(quán)利要求
1.一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼，其組分及重量百分比含量為C :0.4(Γ0. 65%，Si:O. 15 O. 35%, Mn 0. 6(Γ · 00%, P ( O. 010%，S 彡 O. 007%, Alt ( O. 040%, Ni 0. 2(Γθ· 50%, Cr 0. 8(Tl. 20%, V 0. 27 0. 55%, N ^ O. 005%，余量為Fe及不可避免的夾雜；控制金相組織為回火索氏體。
2.生產(chǎn)如權(quán)利要求I所述的一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼的方法，其步驟 1)進行鐵水脫硫； 2)進行轉(zhuǎn)爐冶煉； 3)在LF爐中進行精煉； 4)在RH真空爐中進行處理，控制真空處理時間不少于18分鐘； 5)連鑄成坯在連鑄過程中進行電磁攪拌； 6)在保溫罩內(nèi)對鑄還進行溫度分段保溫大于650°C時冷卻速度不大于50°C/小時,在250 650°C范圍內(nèi)冷卻速度范圍20(T30(TC /小時，低于250°C時打開保溫罩進行空冷； 7)鑄坯加熱，加熱溫度控制為1200 1300°C，加熱速率控制為6 12分鐘/厘米； 8)進行分段軋制控制粗軋開軋溫度在1080 1180°C，控制精軋終軋溫度在800 900 0C ； 9)進行卷取，控制卷取溫度在650 750°C； 10)進行緩冷，冷卻速度控制在不超過40°C/小時下冷卻至不超過200°C ； 11)進行切割； 12)進行第一次退火，退火溫度為700 840°C，退火時間(6+0.5Q)X 50分鐘/噸鋼， 式中，Q表示裝入的鋼板總重量，單位為噸； 13)進行第一次冷軋，其壓下率控制在15 25%； 14)進行第二次退火，退火溫度為500 600°C，退火時間(6+0.5Q)X 15分鐘/噸鋼， 式中，Q表示裝入的鋼板總重量，單位為噸； 15)進行第二次冷軋，其壓下率控制在10 20%； 16)加工成型； 17)進行淬火，控制淬火溫度在820 900°C，淬火時間為板厚(毫米)另外加30分鐘； 18)進行回火，控制回火溫度在450 600°C，回火時間為板厚(毫米)另外加50分鐘； 19)待用。
3.如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼的方法，其特征在于當(dāng)壓下率大于25%時進行二次冷軋；當(dāng)壓下率不超過25%時進行一次冷軋。
全文摘要
一種汽車用冷軋膜片彈簧鋼及生產(chǎn)方法，其組分及重量百分比含量為C0.40~0.65，Si0.15~0.35，Mn0.60~1.00，P≤0.010，S≤0.007，Alt≤0.040，Ni0.20~0.50，Cr0.80~1.20，V0.27~0.55，N≤0.005；控制金相組織為回火索氏體；工藝步驟脫硫、冶煉、精煉、真空處理、連鑄成坯并按溫度分段保溫、鑄坯加熱、軋制、卷取、緩冷、切割、第一次退火、第一次冷軋、第二次退火、第二次冷軋、成型、淬火、回火、待用。本發(fā)明具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能；利用退火工藝降低了剪切和冷軋難度，并通過淬火+回火熱處理得到回馬氏體組織，利用鋼中Cr、Ni、V等微合金的復(fù)合強化作用保證了鋼材獲得足夠的強度和耐磨性。
文檔編號C22C38/46GK102943214SQ20121046251
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者劉文斌, 董中波, 李書瑞, 董漢雄, 羅毅, 張開廣, 郭斌, 鄒德輝, 駱海賀 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司