行业技术|高应力阀门弹簧钢丝研发

   更新日期:2017-03-24     来源:建材之家    作者:博一建材    浏览:51    评论:0    
核心提示:阀门弹簧用钢丝的开发: (1) 高端阀门弹簧钢丝用于应力水平≥1000MPa以上的超高应力阀门弹簧制造,基本要求如下:1)高纯净度:除对P、S之外,对存在于钢中的气体元素,如O、H也严格限制。2)添加能促进氮化的有益元素:为使材料能在较高的温度下(460℃~480℃)长期停留,基体硬度能保持在HV580以上,Si是不可缺少的元素。Cr作为弹簧钢中常用添加元素,同时也是促进氮化元素

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博一建材讯:阀门弹簧用钢丝的开发:

(1) 高端阀门弹簧钢丝

用于应力水平≥1000MPa以上的超高应力阀门弹簧制造,基本要求如下:

1)高纯净度:除对P、S之外,对存在于钢中的气体元素,如O、H也严格限制。

2)添加能促进氮化的有益元素:为使材料能在较高的温度下(460℃~480℃)长期停留,基体硬度能保持在HV580以上,Si是不可缺少的元素。Cr作为弹簧钢中常用添加元素,同时也是促进氮化元素之一;Mo既是弹簧钢中的有益元素,也是促进氮化物生成的元素;V除能有效细化晶粒之外,还能促进氮化,因此Cr、Mo、V均可列入添加元素之列。Al虽是强氮化物元素,但又是形成B类(氧化铝)夹杂物的主要因素,不能作为添加元素。

3)C和Ni含量:C是保证阀门弹簧材料强度(硬度)的关键元素。钢中含碳量达到0.6%之后,再增加碳的含量对强度(硬度)提高作用已不明显,因此平均碳含量控制在0.6%。添加Ni有利于提高材料韧性。

(2) 中高端阀门弹簧钢丝

中高端阀门弹簧钢丝适用于制造应力为1000MPa以下的阀门弹簧,其中Si-Cr仍是主要的添加元素。考虑成本因素,设计两种钢种,分别用于制造应力τmax≥900MPa~1000MPa与τmax≤900MPa阀门弹簧。对材料成份与合金元素添加量说明如下:

C:使用应力τmax≥900 MPa~1000MPa的阀门弹簧钢丝含碳量取高值,0.56%~0.64%;使用应力τmax≤900MPa的阀门弹簧钢丝含碳量取中等水平,0.51%~0.59%。

Si:能够有效提高材料的屈强比的元素,权衡Si的有利(强化基体)与有害(石墨化)因素,含量取1.20%~1.60%。

Mn:弱碳化物元素,细化晶粒作用不大,添加的主要作用为减轻硫的热脆危害性,添加到0.50%~0.80%即可。

Cr:中等碳化物元素,形成碳化物能提高基体强度,并抑制Si石墨化倾向。从成本考虑,V2的Cr 0.9%~1.2%;V3的Cr取0.60%~0.90%。

V:对细化晶粒作用非常明显,阀门弹簧钢丝的必加元素。V2添加量0.10%~0.20%,考虑成本因素,V3钢种将V降到0.05%~0.15%。

B:硼有净化晶界的作用,添加微量硼起到抑制偏聚晶界杂质元素的有害作用。

4 高应力阀门弹簧钢丝研发相关问题

(1) 坯料冶炼

阀门弹簧疲劳裂纹往往起源于材料表面或近表面夹杂物处,因此对阀门弹簧钢坯的纯净度有很高的要求,必须达到超纯净级。除对杂质元素S、P严格限制之外,有害气体元素O、H、应严格限制,Al和Ti会形成不可变形夹杂物,也要限制。对有害元素限制要求:S≤0.020%;P≤0.020%,争取控制到0.010%以下;O含量控制30ppm以下;H不允许出现;Al含量在0.05%以下;Ti含量在0.03%以下;Cu控制到0.06%以下;其它有害杂质元素,如As、Sb、Sn等相应控制。炉外精炼方面,V1钢考虑电渣重熔;V2和V3钢丝采取真空脱气工艺,两种工艺方案的可行性仍需论证。

(2) 热轧盘条

钢锭使用大方坯,轧前钢坯经过剥皮和探伤处理;盘条质量要求无折叠,表面脱碳≤0.07;表面缺陷≤0.10。

(3) 钢丝加工

1)表面剥皮:盘条剥皮去除量单边不少于0.15mm;

2)钢丝表面无全脱碳,部分脱碳深度不大于0.5%d,钢丝经过两次 (贯通式与旋转式)涡流探伤,材料表面缺陷深度不超过40μm;

3)钢丝机械性能:与钢丝直径粗细有关,钢丝越细,材料的强度越高。

(4) 弹簧氮化工艺

1)弹簧氮化装备的开发;

2)氮化工艺:低温(440℃~480℃)氮化原子扩散速率,升温方式(一段还是分段)、炉内温度差、渗氮时间、气氛组成及活性氮原子发生率(如NH3分解率)装炉方式、炉内气氛均匀性对渗层厚度影响等;

3)氮化层硬度要求不低于HV800,厚度不小于1μm;芯部硬度不低于HV580;

4)渗氮前后喷丸工艺、次数、丸粒大小和硬度。


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