一种高强度单片簧及其制备方法与流程

本发明涉及一种高强度低成本单片簧及其制备方法，属于汽车材料。

背景技术：

1、钢板弹簧作为商用车悬架系统的关键零部件，不仅会承受来自垂直方向的冲击载荷，也会承受一定的扭转载荷，同时其还是悬架系统的导向装置，传递各种力和力矩，从而决定车轮的跳动轨迹，并且，其通过骑马螺栓固定到前梁之上，对于整车的平顺性和舒适性也具有较大的影响，如此苛刻的工作环境，导致国内板簧发生断裂失效的比例一直居高不下。

2、近几年随着商用车工作场景的逐渐细化，快递快运、煤炭运输、工业及日用品运输等所用重卡，路况相对较好，载货量也相对稳定，经济性就成为了商用车最关键的指标。要想节省燃油，最直接有效的方法就是降低整车的自重。man作为国际知名的商用车企业，前悬架系统采用单片簧已经数年，并且，市场反馈较好，这对于国内的商用车企业具有非常强的借鉴作用。

3、然而，在实际的服役过程中，钢板弹簧承受的载荷较大，尤其是经常承受反复的交变载荷，这就要求板簧材料要具有较高的强度，基本在1300-1800mpa，对于少片变截面板簧，板簧材料的强度更是控制在1500-1800mpa，如此高的强度，导致板簧对于表面质量非常敏感。业内公认的对板簧疲劳寿命影响最大的便是表面的脱碳和小的凹坑缺陷，据统计，板簧疲劳断裂失效有一半以上源于表面的脱碳和缺陷。

4、表面脱碳降低了板簧表面的强度，小的凹坑缺陷更是容易造成应力集中，二者叠加，导致板簧表面成为了最薄弱的环节，同时，在承受载荷时，板簧表面的受力往往又是最大，因此，解决板簧表面的系列问题，开发一种高强度低成本同时兼具高疲劳寿命的单片簧，对于促进板簧和商用车行业的进步，具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、针对含si钢表面脱碳严重，表面粗糙度较高，疲劳寿命不稳定的问题，本发明提供了一种高强度低成本同时兼具高疲劳寿命的单片簧及其制备方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高强度单片簧，由以下重量百分比的成分制成：c：0.46-0.52％、si：0.90-1.30％、mn：0.80-1.10％、p≤0.015％、s≤0.010％、cr：0.90-1.20％、v：0.05-0.15％、nb：0.015-0.045％、al：0.015-0.035％、ti：0.035-0.055％、b：0.0015-0.0040％、o：0.0005-0.0015％、n≤0.005％，h≤0.0002％，余量为fe及不可避免的杂质，并且ti-3.70n≥0.20％。

4、进一步地，所述高强度单片簧由以下重量百分比的成分制成：c：0.49％、si：1.10％、mn：0.95％、p：0.010％、s：0.003％、cr：1.05％、v：0.10％、nb：0.025％、al：0.025％、ti：0.045％、b：0.0025％，o：0.0010％、n≤0.0040％，h≤0.00012％，余量为fe及不可避免的杂质。

5、本发明还提供了一种所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：转炉吹炼、lf炉精炼、rh真空处理、连铸大方坯、加热炉加热、连续轧制、切分定尺、弹簧扁钢、下料、变截面轧制、热处理：淬火+回火、普通喷丸、受拉面滚压处理、组装、成品。

6、进一步地，在所述转炉吹炼过程中的转炉出钢时加入钛铁；在所述lf炉精炼时加入铝含量为主的合金原料；b含量在所述rh真空处理之前通过加入硼铁进行调整。

7、进一步地，所述加热炉加热时，预热段和加热1段的烧嘴关闭，加热2段的温度为1220-1250℃，残氧含量为2.2-2.8％，优选2.3-2.6％；均热段温度为1210-1240℃，残氧含量为0.4-0.8％，优选0.5-0.7％；加热炉加热的总时间为80-90分钟，其中加热2段和均热段的时间为30-40分钟。

8、进一步地，热处理时，淬火炉温为900-930℃，时间为1.5-2.0小时，回火炉温为400-430℃，时间为1.0-1.5小时。

9、进一步地，所述受拉面滚压处理时，压下量为0.10-0.20mm，进给量为0.04-0.06mm/次。

10、进一步地，组装时，进行塑性预压变形，预压应力为1550-1650mpa，频率为2-3次/架。

11、有益效果：本发明通过优化化学成分设计、调整合金的加入时机、改变加热炉的工艺参数、创造性的在板簧受拉面采用滚压处理和组装时进行塑性预压变形，充分发挥了普通si、b合金的作用，取代了贵重合金mo，使得板簧的成本得以显著降低，同时板簧表面脱碳较轻，粗糙度较低，硬度与基体一致，板簧的表面质量得以大大提高，使得单片簧在(700±500)mpa载荷条件下的台架疲劳寿命稳定在30万次以上，整车降重40kg以上，轻量化效果非常显著。

技术特征：

1.一种高强度单片簧，其特征在于，由以下重量百分比的成分制成：c：0.46-0.52％、si：0.90-1.30％、mn：0.80-1.10％、p≤0.015％、s≤0.010％、cr：0.90-1.20％、v：0.05-0.15％、nb：0.015-0.045％、al：0.015-0.035％、ti：0.035-0.055％、b：0.0015-0.0040％、o：0.0005-0.0015％、n≤0.005％，h≤0.0002％，余量为fe及不可避免的杂质，并且ti-3.70n≥0.20％。

2.根据权利要求1所述的高强度单片簧，其特征在于，由以下重量百分比的成分制成：c：0.49％、si：1.10％、mn：0.95％、p：0.010％、s：0.003％、cr：1.05％、v：0.10％、nb：0.025％、al：0.025％、ti：0.045％、b：0.0025％，o：0.0010％、n≤0.0040％，h≤0.00012％，余量为fe及不可避免的杂质。

3.权利要求1或2所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：转炉吹炼、lf炉精炼、rh真空处理、连铸大方坯、加热炉加热、连续轧制、切分定尺、弹簧扁钢、下料、变截面轧制、热处理：淬火+回火、普通喷丸、受拉面滚压处理、组装、成品。

4.根据权利要求3所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，在所述转炉吹炼过程中的转炉出钢时加入钛铁；在所述lf炉精炼时加入铝含量为主的合金原料；b含量在所述rh真空处理之前通过加入硼铁进行调整。

5.根据权利要求3所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，所述加热炉加热时，预热段和加热1段的烧嘴关闭，加热2段的温度为1220-1250℃，残氧含量为2.2-2.8％；均热段温度为1210-1240℃，残氧含量为0.4-0.8％；加热炉加热的总时间为80-90分钟，其中加热2段和均热段的时间为30-40分钟。

6.根据权利要求5所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，所述加热2段的残氧含量为2.3-2.6％，均热段的残氧含量为0.5-0.7％。

7.根据权利要求3所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，热处理时，淬火炉温为900-930℃，时间为1.5-2.0小时，回火炉温为400-430℃，时间为1.0-1.5小时。

8.根据权利要求3所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，所述受拉面滚压处理时，压下量为0.10-0.20mm，进给量为0.04-0.06mm/次。

9.根据权利要求3-8任一项所述的高强度单片簧的制备方法，其特征在于，组装时，进行塑性预压变形，预压应力为1550-1650mpa，频率为2-3次/架。

技术总结本发明公开了一种高强度单片簧及其制备方法，所述单片簧由C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Nb、Al、Ti、B、O、N、H、Fe制成，其制备方法如下：转炉吹炼、LF炉精炼、RH真空处理、连铸大方坯、加热炉加热、连续轧制、切分定尺、弹簧扁钢、下料、变截面轧制、热处理(淬火+回火)、普通喷丸、受拉面滚压处理、组装、成品。本发明发挥Si、B合金的作用，使板簧的生产成本显著降低，表面脱碳较轻，粗糙度较低，硬度与基体一致，表面质量大大提高，单片簧在(700±500)MPa载荷条件下台架疲劳寿命稳定在30万次以上，整车降重40kg以上，轻量化效果显著。技术研发人员：肖超,季伟,张宗阳,陈冠方,王鹏,纪同圣,郝欣欣受保护的技术使用者：中国重汽集团济南动力有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5