一种高强度防锈的合金弹簧钢丝的制作方法

1.本发明属于铝、铜、镁、钛合金清洁生产与深加工技术领域，具体地，涉及一种高强度防锈的合金弹簧钢丝。


背景技术：

2.弹簧钢丝是用于做弹簧或钢丝型件的一种钢丝。按照弹簧用途的不同，做弹簧所需的弹簧钢丝都多种类型。主要种类有：（1）供冷卷弹簧用的钢丝，这类弹簧冷卷成型后不经热处理或只经低温加热后应用，主要是碳素弹簧钢丝；（2）卷簧后经热处理的弹簧钢丝，主要是合金弹簧钢丝；（3）调质弹簧钢丝，又称油淬火一回火弹簧钢丝；（4）不锈弹簧钢丝，这类钢丝大多由奥氏体不锈钢制作。
3.合金弹簧钢丝用硅锰、铬钒等合金弹簧钢制造。盘条的软化采用不完全退火。热处理时要防止脱碳，对含硅弹簧钢盘条还要防止石墨碳的析出。半成品的热处理采用再结晶退火。酸洗、涂层工艺与生产碳素弹簧钢丝相近。按需要，硅锰弹簧钢丝有冷拉、退火、正火、高温回火、银亮及油淬火—回火等不同的交货状态；铬钒弹簧钢丝有冷拉、退火、银亮等交货状态。一般合金弹簧钢丝在绕成弹簧后，须经淬火和中温回火后才可使用。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明旨在提供一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，通过调控其组成成分和热处理工艺提高强度和防锈性能。
5.本发明采用的技术方案：一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至850
‑
900℃保温10
‑
15min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：然后在合金弹簧钢带的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，等温淬火温度为210
‑
220℃，保温时间为1
‑
2min；，步骤（1）的处理后钢带中形成的奥氏体逐步转变为马氏体，钢带的硬度、耐磨性、韧性及弹性提高。
6.（3）将经步骤2处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
7.（4）在420
‑
460℃温度保温热处理2
‑
3h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
8.（5）将步骤3得到的合金弹簧钢带水冷至室温；可以提高刚的淬透性，进一步提高钢带的力学性能。
9.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
10.进一步的，所述合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：c：0.56~0.64%，si：1.65~1.95%，mn：0.61~0.89%， cr：0.22~0.35%，nb：0.020~0.050%，zr：0.03~1.20％，v：0.028~0.048%，b：0.002~0.004%，p：≤0.01%，s：≤0.01%。o：≤0.01%，n≤0.02%，
余量为fe以及不可去除的杂质。
11.优选的，所述合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：c：0.64%，si：1.95%，mn：0.89%， cr：0.30%，nb：0.020%，zr：0.52％，v：0.028%，b：0.004%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；或者，所述合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：c：0.51%，si：1.78%，mn：0.82%，cr：0.35%，nb：0.050%，zr：1.20％，v：0.048%，b：0.003%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；或者，所述合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：c：0.57%，si：1.65%，mn：0.65%， cr：0.22%，nb：0.04%，zr：0.23％，v：0.036%，b：0.002%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；进一步的，步骤（1）所述合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。
12.进一步的，步骤（2）所述低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度20
‑
40℃；在淬火池中设置搅混装置，所述搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.3
‑
0.8米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间30
‑
45min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。
13.进一步的，所述淬火液所包含成分及各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.7
‑
0.8%、防锈剂1.5
‑
3.0%、防腐剂0.1
‑
0.2%、消泡剂0.2
‑
0.25%，余量为甲氧基聚乙二醇。
14.进一步的，所述甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；所述抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；所述防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；所述消泡剂为甲基硅油。
15.进一步的，得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为1900
‑
2100mpa，屈服强度为1700
‑
1900mpa，断后延伸率为9%
‑
11%，断面收缩率为35%
‑
40%。
16.进一步的，所述精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
17.上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的高强度防锈的合金弹簧钢丝，采用的合金弹簧钢带是在硅锰系弹簧钢的基础上进行改进，添加了元素zr、b、v和nb，在晶相中形成了硼锆化合物固溶化合物、vc和nbc细小化合物，显著提升钢的强度；并且，通过热处理工艺进一步提出强度和塑性的缺陷和防锈性能，得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为1900
‑
2100mpa，屈服强度为1700
‑
1900mpa，断后延伸率为9%
‑
11%，断面收缩率为35%
‑
40%。
具体实施方式
18.下面结合以下具体实施例，进一步阐述本发明。
19.实施例1一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至900℃保温12min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：然后在合金弹簧钢带的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，等温淬火温度为210℃，保温时间为1.5min；，步骤（1）的处理后钢带中形成的奥氏体逐步转变为马氏
体，钢带的硬度、耐磨性、韧性及弹性提高。
20.（3）将经步骤2处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
21.（4）在430℃温度保温热处理3h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
22.（5）将步骤4得到的合金弹簧钢带水冷至室温；这样可以进一步提高钢带的淬透性。
23.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
24.其中，合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：优选的，c：0.64%，si：1.95%，mn：0.89%， cr：0.30%，nb：0.020%，zr：0.52％，v：0.028%，b：0.004%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；其中，步骤（1）合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
25.其中，步骤（2）低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度20℃；在淬火池中设置搅混装置，搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.5米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间30min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。上述淬火液所包含成分及各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.8%、防锈剂3.0%、防腐剂0.2%、消泡剂0.25%，余量为甲氧基聚乙二醇。且，甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；消泡剂为甲基硅油。
26.本实施例得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为2030mpa，屈服强度为1860mpa，断后延伸率为10.1%，断面收缩率为37%。其淬火硬度≥58hrc，淬火组织为85％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于25mm。
27.实施例2一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至860℃保温15min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：然后在合金弹簧钢带的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，等温淬火温度为220℃，保温时间为1min；，步骤（1）的处理后钢带中形成的奥氏体逐步转变为马氏体，钢带的硬度、耐磨性、韧性及弹性提高。
28.（3）将经步骤2处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
29.（4）在460℃温度保温热处理2h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
30.（5）将步骤4得到的合金弹簧钢带水冷至室温；这样可以进一步提高钢带的淬透性。
31.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
32.其中，合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分： c：0.51%，si：1.78%，
mn：0.82%，cr：0.35%，nb：0.050%，zr：1.20％，v：0.048%，b：0.003%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；其中，步骤（1）合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
33.其中，步骤（2）低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度35℃；在淬火池中设置搅混装置，搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.8米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间40min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。上述淬火液所包含成分及各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.7%、防锈剂2.5%、防腐剂0.1%、消泡剂0.2%，余量为甲氧基聚乙二醇。且，甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；消泡剂为甲基硅油。
34.本实施例得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为1980mpa，屈服强度为1730mpa，断后延伸率为9%，断面收缩率为36%。其淬火硬度≥58hrc，淬火组织为85％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于25mm。
35.实施例3一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至880℃保温10min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：然后在合金弹簧钢带的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，等温淬火温度为215℃，保温时间为1min；，步骤（1）的处理后钢带中形成的奥氏体逐步转变为马氏体，钢带的硬度、耐磨性、韧性及弹性提高。
36.（3）将经步骤2处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
37.（4）在440℃温度保温热处理2.5h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
38.（5）将步骤4得到的合金弹簧钢带水冷至室温；这样可以进一步提高钢带的淬透性。
39.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
40.其中，合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分： c：0.51%，si：1.78%，mn：0.82%，cr：0.35%，nb：0.050%，zr：1.20％，v：0.048%，b：0.003%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；其中，步骤（1）合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
41.其中，步骤（2）低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度30℃；在淬火池中设置搅混装置，搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.3米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间45min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。上述淬火液所包含成分及
各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.75%、防锈剂2.0%、防腐剂0.1%、消泡剂0.25%，余量为甲氧基聚乙二醇。且，甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；消泡剂为甲基硅油。
42.本实施例得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为2100mpa，屈服强度为1896mpa，断后延伸率为10.9%，断面收缩率为38%。其淬火硬度≥58hrc，淬火组织为85％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于25mm。
43.实施例4一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至900℃保温15min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：然后在合金弹簧钢带的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，等温淬火温度为215℃，保温时间为1.5min；，步骤（1）的处理后钢带中形成的奥氏体逐步转变为马氏体，钢带的硬度、耐磨性、韧性及弹性提高。
44.（3）将经步骤2处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
45.（4）在460℃温度保温热处理3h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
46.（5）将步骤4得到的合金弹簧钢带水冷至室温；这样可以进一步提高钢带的淬透性。
47.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
48.其中，合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分： c：0.51%，si：1.95%，mn：0.89%，cr：0.25%，nb：0.050%，zr：0.96％，v：0.045%，b：0.003%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；其中，步骤（1）合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
49.其中，步骤（2）低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度30℃；在淬火池中设置搅混装置，搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.3米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间45min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。上述淬火液所包含成分及各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.75%、防锈剂1.5%、防腐剂0.12%、消泡剂0.22%，余量为甲氧基聚乙二醇。且，甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；消泡剂为甲基硅油。
50.本实施例得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为1910mpa，屈服强度为1706mpa，断后延伸率为9.1%，断面收缩率为36%。其淬火硬度≥58hrc，淬火组织为85％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于25mm。
51.对比例1一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至900℃保温
12min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：将经步骤1处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
52.（4）在430℃温度保温热处理3h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
53.（5）将步骤4得到的合金弹簧钢带水冷至室温；这样可以进一步提高钢带的淬透性。
54.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
55.其中，合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：优选的，c：0.64%，si：1.95%，mn：0.89%， cr：0.30%，nb：0.020%，zr：0.52％，v：0.028%，b：0.004%，p：≤0.01%，s：≤0.01%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；其中，步骤（1）合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
56.其中，步骤（2）低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度20℃；在淬火池中设置搅混装置，搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.5米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间30min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。上述淬火液所包含成分及各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.8%、防锈剂3.0%、防腐剂0.2%、消泡剂0.25%，余量为甲氧基聚乙二醇。且，甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；消泡剂为甲基硅油。
57.本实施例得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为1760mpa，屈服强度为1530mpa，断后延伸率为6.2%，断面收缩率为29%。其淬火硬度≥54hrc，淬火组织为85％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于20mm。
58.对比例2一种高强度防锈的合金弹簧钢丝，所述合金弹簧钢丝的制备工艺，包括如下步骤：（1）奥氏体化处理：将合金弹簧钢带放入流态石墨粒子电炉，加热至900℃保温12min；在此温度下钢带内部组织奥氏体化；（2）淬火：将经步骤1处理后的合金弹簧钢带进行低温淬火；钢带内部不完整的马氏体趋于完整，钢材力学性能得以提升。
59.（4）在430℃温度保温热处理3h；在此温度下，可以消除淬火过程中形成的内应力，消除钢材内部缺陷；进而提高的强韧性，综合力学性能良好。
60.（5）将步骤4得到的合金弹簧钢带水冷至室温；这样可以进一步提高钢带的淬透性。
61.（6）将合金弹簧钢带通过冷拔弹簧钢丝方式冷卷成形。
62.其中，合金弹簧钢带是由包括如下重量百分比的化学成分：优选的，c：0.64%，si：1.95%，mn：0.89%， cr：0.30%， v：0.028%，b：0.002%，p：≤0.03%，s：≤0.03%，o：≤0.01%，n≤0.02%，余量为fe以及不可去除的杂质；其中，步骤（1）合金弹簧钢带的制备工艺为：电炉熔炼
→
精炼
→
方坯连铸
→
表面全
剥皮处理
→
加热炉加热
→
高速线材轧机轧制
→
斯太尔摩控冷线冷却
→
合金弹簧钢带。精炼包含lf精炼法和/或vd法精炼。
63.其中，步骤（2）低温淬火的工艺过程为：首先准备淬火溶液，在淬火池中将淬火液和液态水按照质量分数2:7的比例配比，淬火溶液的温度20℃；在淬火池中设置搅混装置，搅混装置搅动淬火溶液令其流速为0.5米/秒；而后将工件放置到淬火池中进行淬火，淬火时间30min，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火。上述淬火液所包含成分及各种成分所占质量分数如下：抗氧化剂0.8%、防锈剂3.0%、防腐剂0.2%、消泡剂0.25%，余量为甲氧基聚乙二醇。且，甲氧基聚乙二醇的聚合度n为3
‑
5；抗氧化剂为茶多酚或抗坏血酸；防锈剂包含的成分有三乙醇胺和三乙醇胺硼酸酯；消泡剂为甲基硅油。
64.本实施例得到的合金弹簧钢带的抗拉强度为1560mpa，屈服强度为1310mpa，断后延伸率为4.1%，断面收缩率为21%。其淬火硬度≥54hrc，淬火组织为85％以上的马氏体，无铁素体组织，无淬火开裂，淬透厚度不小于20mm。
65.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。