本發(fā)明涉及彈簧鋼及其加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高韌性彈簧用鋼及其加工工藝。

背景技術(shù)：

彈簧鋼是一種有著良好的彈性，能在動(dòng)載荷環(huán)境條件下反復(fù)作用工作的特殊鋼材，有著足夠的韌性、力學(xué)強(qiáng)度和塑性，可以進(jìn)行重復(fù)性伸縮，并在一定的沖擊力作用下不會(huì)突然脆斷，因此多用于制造彈簧和彈性元件的鋼，廣泛應(yīng)用于鐵路、汽車、工程機(jī)械等機(jī)械制造之中。彈簧鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)永久變形。同時(shí)，彈簧鋼也需要一定的力學(xué)強(qiáng)度，從而能在承受重載荷時(shí)不引起塑性變形，有較高的疲勞強(qiáng)度，在載荷下具有長的使用壽命。

汽車制造和鐵路車輛是彈簧鋼材的最大用戶，由于彈簧類零部件的工作條件十分惡劣，使得彈簧經(jīng)常會(huì)遭受周圍介質(zhì)的腐蝕。由于彈簧在工作時(shí)是靠彈力發(fā)揮作用，彈簧被腐蝕后彈力會(huì)發(fā)生改變而喪失功能，因此防止彈簧腐蝕可以保證彈簧穩(wěn)定工作，并延長其使用壽命。

為了保護(hù)彈簧免受腐蝕，通常采用電鍍、氧化、磷化和油漆噴涂等方法在彈簧表面形成保護(hù)層，但這幾種方法在實(shí)際實(shí)施過程中都存在著不足，如在電鍍過程中，除在彈簧表面鍍上鋅或鎘等金屬外，還有一部分還原的氫滲透入到鍍層和基體金屬的晶格中去，造成內(nèi)應(yīng)力，使彈簧上的鍍層和彈簧變脆，即氫脆，使彈簧容易斷裂；氧化處理后，彈簧表面會(huì)生成保護(hù)性的磁性氧化鐵薄膜，但由于膜薄且具有氣孔，所以抗腐蝕性較差；另外，氧化處理對(duì)某些熱軋彈簧材料的表面晶界有所浸蝕，這在一定程度上降低彈簧疲勞強(qiáng)度；磷化雖然比氧化抗腐蝕性好，但在磷化過程中也會(huì)產(chǎn)生大量氫氣，使磷化后的彈簧具有氫脆現(xiàn)象；油漆噴涂法在彈簧表面形成的漆膜不夠平整，易出現(xiàn)漏噴、上薄下厚、邊緣流掛現(xiàn)象，結(jié)合力不好，容易脫落，防銹能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種耐腐蝕彈簧，使得彈簧具有良好的機(jī)械性能和力學(xué)性能，本發(fā)明還提供一種彈簧的加工工藝，進(jìn)一步提高了彈簧的耐腐蝕能力，使得彈簧的使用壽命延長。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種高韌性彈簧用鋼，由以下重量份的元素組成：碳0.28～0.63％，錳0.75～1.53％，硅0.38～1.25％，鎳4.25～5.17％，鉬0.25～0.49％，鎢0.03～0.12％，鈮0.005～0.008％，鈦0～0.012％，稀土金屬0.05～0.18％，銅0.005～0.01％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵。

優(yōu)選的，所述高韌性彈簧用鋼，由以下重量份的元素組成：碳0.32～0.51％，錳1.03～1.12％，硅0.89～0.93％，鎳4.85～4.95％，鉬0.38～0.42％，鎢0.05～0.08％，鈮0.005～0.008％，鈦0.005～0.008％，稀土金屬0.08～0.12％，銅0.006～0.008％，氮0.002～0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵。

一種高韌性彈簧用鋼的加工工藝，包括以下步驟：

(1)將生鐵與廢鐵按按比例投入爐中，熔化后，加入錳鐵、硅鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、鈮鐵、鈦鐵，溶化后，加入稀土金屬和銅鐵，隨后進(jìn)行脫硫、脫氧、合金化、采用精煉劑精煉、澆鑄、鑄后熱處理，得到彈簧鋼；

(2)對(duì)彈簧鋼進(jìn)行熱處理，得到高韌性彈簧用鋼；

(3)將彈簧鋼浸入冷水中，并在冷水中通入氮?dú)猓パ趸詺怏w，然后將體系升溫至50～70℃，隨后加入碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，啟動(dòng)超聲清洗裝置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；

(4)將清洗干凈的彈簧鋼懸掛置于惰性氣體氛圍中，然后在其表面旋轉(zhuǎn)噴涂氧化鋅納米鍍層，噴涂結(jié)束后，再噴涂一層厚度為20～30微米的氧化鎳鍍層。

優(yōu)選的，所述熱處理工藝為高溫淬火，中溫回火。

優(yōu)選的，所述惰性氣體為氮?dú)夂蜌鍤獾幕鞖怏w。

優(yōu)選的，所述氮?dú)夂蜌鍤獾捏w積比為1:5～10。

優(yōu)選的，所述納米氧化鋅鍍層的厚度為10～20微米，其中氧化鋅粒子的直徑為30～50納米。

本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明中稀土元素提高了彈簧的沖擊韌性、抗氧化性和抗腐蝕性且有良好的脫氧去硫作用；鈮能提高彈簧的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性；鎢緩解了碳化物的聚集，增加了彈簧的淬透性和硬度；硅能提高彈簧的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比，以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比；通過熱水清洗，加入少量堿性介質(zhì)，既可以有效清理鋼材表面的污垢，又不會(huì)腐蝕鋼材，污染環(huán)境，通過旋轉(zhuǎn)納米噴涂技術(shù)，保證了噴涂的均勻性和致密性，且氧化鋅與鋼材間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，提高了噴涂效果。本發(fā)明通過合理調(diào)節(jié)各元素的比例，使得彈簧具有高韌性，改善了彈簧的力學(xué)性能和加工性能，表面加工處理后，使彈簧的耐腐蝕性顯著增加，壽命提高了10～15倍，能滿足多種惡劣環(huán)境下的使用。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

一種高韌性彈簧用鋼，由以下重量份的元素組成：碳0.32％，錳1.12％，硅0.93％，鎳4.85％，鉬0.42％，鎢0.05％，鈮0.008％，鈦0.008％，稀土金屬0.12％，銅0.008％，氮0.002％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵。

(1)將生鐵與廢鐵按按比例投入爐中，熔化后，加入錳鐵、硅鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、鈮鐵、鈦鐵，溶化后，加入稀土金屬和銅鐵，隨后進(jìn)行脫硫、脫氧、合金化、采用精煉劑精煉、澆鑄、鑄后熱處理，得到彈簧鋼；

(2)、對(duì)彈簧鋼進(jìn)行高溫淬火，中溫回火，得到高強(qiáng)度耐腐蝕彈簧鋼；

(3)將彈簧鋼浸入冷水中，并在冷水中通入惰性氣體，除去氧化性氣體，然后將體系升溫至70℃，隨后加入碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，啟動(dòng)超聲清洗裝置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；

(4)將清洗干凈的彈簧鋼懸掛置于通入氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w中(其中氮?dú)夂蜌鍤獾捏w積比為1:8)，然后在其表面旋轉(zhuǎn)噴涂粒徑為30納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為18微米的鍍層，噴涂結(jié)束后，再噴涂一層厚度為25微米的氧化鎳鍍層。

實(shí)施例2：

一種高韌性彈簧用鋼，由以下重量份的元素組成：碳0.63％，錳1.03％，硅0.38％，鎳4.25％，鉬0.38％，鎢0.12％，鈮0.006％，稀土金屬0.08％，銅0.006％，氮0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵。

(1)將生鐵與廢鐵按按比例投入爐中，熔化后，加入錳鐵、硅鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、鈮鐵、鈦鐵，溶化后，加入稀土金屬和銅鐵，隨后進(jìn)行脫硫、脫氧、合金化、采用精煉劑精煉、澆鑄、鑄后熱處理，得到彈簧鋼；

(2)、對(duì)彈簧鋼進(jìn)行高溫淬火，中溫回火，得到高強(qiáng)度耐腐蝕彈簧鋼；

(3)將彈簧鋼浸入冷水中，并在冷水中通入惰性氣體，除去氧化性氣體，然后將體系升溫至60℃，隨后加入碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，啟動(dòng)超聲清洗裝置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；

(4)將清洗干凈的彈簧鋼懸掛置于通入氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w中(其中氮?dú)夂蜌鍤獾捏w積比為1:5)，然后在其表面旋轉(zhuǎn)噴涂粒徑為50納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為10微米的鍍層，噴涂結(jié)束后，再噴涂一層厚度為25微米的氧化鎳鍍層。

實(shí)施例3：

一種高韌性彈簧用鋼，由以下重量份的元素組成：碳0.51％，錳0.73％，硅1.25％，鎳4.95％，鉬0.25％，鎢0.08％，鈮0.008％，鈦0.012％，稀土金屬0.18％，銅0.005％，氮0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵。

(1)將生鐵與廢鐵按按比例投入爐中，熔化后，加入錳鐵、硅鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、鈮鐵、鈦鐵，溶化后，加入稀土金屬和銅鐵，隨后進(jìn)行脫硫、脫氧、合金化、采用精煉劑精煉、澆鑄、鑄后熱處理，得到彈簧鋼；

(2)對(duì)彈簧鋼進(jìn)行高溫淬火，中溫回火，得到高強(qiáng)度耐腐蝕彈簧鋼；

(3)將彈簧鋼浸入冷水中，并在冷水中通入惰性氣體，除去氧化性氣體，然后將體系升溫至50℃，隨后加入碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，啟動(dòng)超聲清洗裝置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；

(4)將清洗干凈的彈簧鋼懸掛置于通入氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w中(其中氮?dú)夂蜌鍤獾捏w積比為1:8)，然后在其表面旋轉(zhuǎn)噴涂粒徑為30納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為5微米的鍍層，噴涂結(jié)束后，再噴涂一層厚度為20微米的氧化鎳鍍層。

實(shí)施例4：

一種高韌性彈簧用鋼，由以下重量份的元素組成：碳0.28％，錳1.53％，硅0.89％，鎳5.17％，鉬0.49％，鎢0.03％，鈮0.005％，鈦0.005％，稀土金屬0.05％，銅0.01％，氮0.002％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余為鐵。

(1)將生鐵與廢鐵按按比例投入爐中，熔化后，加入錳鐵、硅鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、鈮鐵、鈦鐵，溶化后，加入稀土金屬和銅鐵，隨后進(jìn)行脫硫、脫氧、合金化、采用精煉劑精煉、澆鑄、鑄后熱處理，得到彈簧鋼；

(2)、對(duì)彈簧鋼進(jìn)行高溫淬火，中溫回火，得到高強(qiáng)度耐腐蝕彈簧鋼；

(3)將彈簧鋼浸入冷水中，并在冷水中通入惰性氣體，除去氧化性氣體，然后將體系升溫至70℃，隨后加入碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，啟動(dòng)超聲清洗裝置，清洗15～30min，然后再用流水清洗，真空烘干；

(4)將清洗干凈的彈簧鋼懸掛置于通入氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w中(其中氮?dú)夂蜌鍤獾捏w積比為1:10)，然后在其表面旋轉(zhuǎn)噴涂粒徑為40納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為5微米的鍍層，噴涂結(jié)束后，再噴涂一層厚度為20微米的氧化鎳鍍層。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例具有如下有益效果：本發(fā)明通過合理調(diào)節(jié)各元素的比例，使得彈簧具有高韌性，改善了彈簧的力學(xué)性能和加工性能，表面加工處理后，使彈簧的耐腐蝕性顯著增加，壽命提高了10～15倍，能滿足多種惡劣環(huán)境下的使用。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。