一种高碳热轧弹簧钢板及其处理工艺技术领域
本发明涉及弹簧钢及其加工工艺技术领域，具体涉及一种高碳热轧弹簧钢板及其
处理工艺。
背景技术
弹簧钢是一种有着良好的弹性，能在动载荷环境条件下反复作用工作的特殊钢
材，有着足够的韧性、力学强度和塑性，可以进行重复性伸缩，并在一定的冲击力作用下不
会突然脆断，因此多用于制造弹簧和弹性元件的钢，广泛应用于铁路、汽车、工程机械等机
械制造之中。弹簧钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能
力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。同时，弹簧钢也需要一定的力学
强度，从而能在承受重载荷时不引起塑性变形，有较高的疲劳强度，在载荷下具有长的使用
寿命。
汽车制造和铁路车辆是弹簧钢材的最大用户，由于弹簧类零部件的工作条件十分
恶劣，使得弹簧经常会遭受周围介质的腐蚀。由于弹簧在工作时是靠弹力发挥作用，弹簧被
腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能，因此防止弹簧腐蚀可以保证弹簧稳定工作，并延长其
使用寿命。
为了保护弹簧免受腐蚀，通常采用电镀、氧化、磷化和油漆喷涂等方法在弹簧表面
形成保护层，但这几种方法在实际实施过程中都存在着不足，如在电镀过程中，除在弹簧表
面镀上锌或镉等金属外，还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去，造成
内应力，使弹簧上的镀层和弹簧变脆，即氢脆，使弹簧容易断裂；氧化处理后，弹簧表面会生
成保护性的磁性氧化铁薄膜，但由于膜薄且具有气孔，所以抗腐蚀性较差；另外，氧化处理
对某些热轧弹簧材料的表面晶界有所浸蚀，这在一定程度上降低弹簧疲劳强度；磷化虽然
比氧化抗腐蚀性好，但在磷化过程中也会产生大量氢气，使磷化后的弹簧具有氢脆现象；油
漆喷涂法在弹簧表面形成的漆膜不够平整，易出现漏喷、上薄下厚、边缘流挂现象，结合力
不好，容易脱落，防锈能力差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有良好的机械性能和力学性能的高碳
弹簧钢板，本发明还提供一种弹簧的加工工艺，进一步提高了弹簧的耐腐蚀能力，使得弹簧
的使用寿命延长、应用更加广泛。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高碳热轧弹簧钢板，由以下重量份的物质组成：碳0.8～0.95％、锰0.75～
1.53％，硅0.38～1.25％，镍3.15～6.78％，钼0.12～0.37％，钨0.12～0.28％，铌0.005～
0.008％，钛0.005～0.012％，稀土金属0.03～0.08％，铬2.8～5.6％，氮0～0.005％，硫<
0.002％，磷<0.002％，其余为铁。
优选的，所述高碳热轧弹簧钢板，由以下重量份的物质组成：碳0.87％、锰1.23％，
硅0.89％，镍4.59％，钼0.34％，钨0.25％，铌0.005％，钛0.008％，稀土金属0.05％，铬
4.6％，氮0.002％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。
一种高碳热轧弹簧钢板的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将生铁与废钢按比例投入炉中，加热熔融后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨
铁、铌铁、钛铁，继续加热至融化，加入稀土金属和铬铁，随后脱硫、脱氧、调节成分至所需成
分，趁热将熔液浇铸，冷却成型后得到弹簧钢；
(2)将弹簧钢升温至1235～1255℃，保温15～20min后，进行热轧，然后在750～780
℃下卷制，最后以15～20℃/min的速率冷却至150～180℃；
(3)对步骤(2)的弹簧钢进行热处理和喷丸处理，得到预制品；
(4)将预制品浸入溶剂中，并在在溶剂中通入氩气，除去可溶性气体，然后将体系
升温至50～70℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，超声清洗15～30min，然后再用流
水清洗，真空烘干；
(5)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于惰性气体氛围中，然后在其表面旋转喷涂氧化
锌纳米镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为3～5mm的氧化镍镀层。
优选的，所述溶剂为水和丙酮的任意比混合物。
优选的，所述惰性气体为氮气和氩气的混气体。
优选的，所述氮气和氩气的体积比为1:5～10。
优选的，所述纳米氧化锌镀层的厚度为30～50微米，其中氧化锌粒子的直径为30
～50纳米。
本发明的有益效果，本发明通过调节各元素的比例，使得弹簧钢板具有优异的的
淬透性、抗氧化性和抗腐蚀性，还提高了弹簧的弹性极限、屈服强度、屈服比、疲劳强度和疲
劳比；通过热水清洗，加入少量碱性介质，既可以有效清理钢材表面的污垢，又不会腐蚀钢
材，污染环境，通过旋转纳米喷涂技术，保证了喷涂的均匀性和致密性，且氧化锌与钢材间
具有较强的结合力，提高了喷涂效果。本发明通过合理调节各元素的比例，改善了弹簧的力
学性能和加工性能，表面加工处理后，使弹簧的耐腐蚀性显著增加，寿命提高了10～15倍，
能满足多种恶劣环境下的使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部
分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高碳热轧弹簧钢板，由以下重量份的物质组成：碳0.87％、锰1.23％，硅
0.89％，镍4.59％，钼0.34％，钨0.25％，铌0.005％，钛0.008％，稀土金属0.05％，铬4.6％，
氮0.002％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。
一种高碳热轧弹簧钢板的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将生铁与废钢按比例投入炉中，加热熔融后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨
铁、铌铁、钛铁，继续加热至融化，加入稀土金属和铬铁，随后脱硫、脱氧、调节成分至所需成
分，趁热将熔液浇铸，冷却成型后得到弹簧钢；
(2)将弹簧钢升温至1240℃，保温15～20min后，进行热轧，然后在760℃下卷制，最
后以15℃/min的速率冷却至160℃；
(3)对步骤(2)的弹簧钢进行热处理和喷丸处理，得到预制品；
(4)将预制品浸入水和丙酮组成的混合溶剂中，并在在溶剂中通入氩气，除去可溶
性气体，然后将体系升温至70℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，超声清洗15～
30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
(5)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的
体积比为1:8)，然后在其表面旋转喷涂粒径为30纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为36微
米的镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为3mm的氧化镍镀层。
实施例2：
一种高碳热轧弹簧钢板，由以下重量份的物质组成：碳0.8％、锰1.16％，硅
0.38％，镍6.78％，钼0.12％，钨0.12％，铌0.006％，钛0.005％，稀土金属0.05％，铬5.1％，
氮0.002％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。
一种高碳热轧弹簧钢板的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将生铁与废钢按比例投入炉中，加热熔融后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨
铁、铌铁、钛铁，继续加热至融化，加入稀土金属和铬铁，随后脱硫、脱氧、调节成分至所需成
分，趁热将熔液浇铸，冷却成型后得到弹簧钢；
(2)将弹簧钢升温至1235℃，保温15～20min后，进行热轧，然后在780℃下卷制，最
后以15℃/min的速率冷却至150℃；
(3)对步骤(2)的弹簧钢进行热处理和喷丸处理，得到预制品；
(4)将预制品浸入水和丙酮组成的混合溶剂中，并在在溶剂中通入氩气，除去可溶
性气体，然后将体系升温至50℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，超声清洗15～
30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
(5)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的
体积比为1:5)，然后在其表面旋转喷涂粒径为50纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为50微
米的镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为5mm的氧化镍镀层。
实施例3：
一种高碳热轧弹簧钢板，由以下重量份的物质组成：碳0.95％、锰0.75％，硅
0.46％，镍3.15％，钼0.25％，钨0.28％，铌0.005％，钛0.012％，稀土金属0.03％，铬2.8％，
氮0.005％，硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。
一种高碳热轧弹簧钢板的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将生铁与废钢按比例投入炉中，加热熔融后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨
铁、铌铁、钛铁，继续加热至融化，加入稀土金属和铬铁，随后脱硫、脱氧、调节成分至所需成
分，趁热将熔液浇铸，冷却成型后得到弹簧钢；
(2)将弹簧钢升温至1255℃，保温15～20min后，进行热轧，然后在760℃下卷制，最
后以20℃/min的速率冷却至180℃；
(3)对步骤(2)的弹簧钢进行热处理和喷丸处理，得到预制品；
(4)将预制品浸入水和丙酮组成的混合溶剂中，并在在溶剂中通入氩气，除去可溶
性气体，然后将体系升温至70℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，超声清洗15～
30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
(5)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的
体积比为1:8)，然后在其表面旋转喷涂粒径为40纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为50微
米的镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为5mm的氧化镍镀层。
实施例4：
一种高碳热轧弹簧钢板，由以下重量份的物质组成：碳0.9％、锰1.53％，硅
1.25％，镍5.34％，钼0.37％，钨0.19％，铌0.008％，钛0.008％，稀土金属0.08％，铬5.6％，
硫<0.002％，磷<0.002％，其余为铁。
一种高碳热轧弹簧钢板的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将生铁与废钢按比例投入炉中，加热熔融后，加入锰铁、硅铁、镍铁、钼铁、钨
铁、铌铁、钛铁，继续加热至融化，加入稀土金属和铬铁，随后脱硫、脱氧、调节成分至所需成
分，趁热将熔液浇铸，冷却成型后得到弹簧钢；
(2)将弹簧钢升温至1240℃，保温15～20min后，进行热轧，然后在750℃下卷制，最
后以18℃/min的速率冷却至180℃；
(3)对步骤(2)的弹簧钢进行热处理和喷丸处理，得到预制品；
(4)将预制品浸入水和丙酮组成的混合溶剂中，并在在溶剂中通入氩气，除去可溶
性气体，然后将体系升温至60℃，随后加入碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，超声清洗15～
30min，然后再用流水清洗，真空烘干；
(5)将清洗干净的弹簧钢悬挂置于氮气和氩气的混合气体中(其中氮气和氩气的
体积比为1:10)，然后在其表面旋转喷涂粒径为30纳米的氧化锌纳米颗粒，得到厚度为30微
米的镀层，喷涂结束后，再喷涂一层厚度为3mm的氧化镍镀层。
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明通过合理调节各元素的比例，改善
了弹簧的力学性能和加工性能，表面加工处理后，使弹簧的耐腐蚀性显著增加，寿命提高了
10～15倍，能满足多种恶劣环境下的使用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在
包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例
对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。