本發明涉及彈簧鋼及其加工技術領域，具體涉及一種高韌性彈簧用鋼及其加工工藝。
背景技術：
彈簧鋼是一種有著良好的彈性，能在動載荷環境條件下反復作用工作的特殊鋼材，有著足夠的韌性、力學強度和塑性，可以進行重復性伸縮，并在一定的沖擊力作用下不會突然脆斷，因此多用于制造彈簧和彈性元件的鋼，廣泛應用于鐵路、汽車、工程機械等機械制造之中。彈簧鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規定的范圍之內，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永久變形。同時，彈簧鋼也需要一定的力學強度，從而能在承受重載荷時不引起塑性變形，有較高的疲勞強度，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，使得彈簧經常會遭受周圍介質的腐蝕。由于彈簧在工作時是靠彈力發揮作用，彈簧被腐蝕后彈力會發生改變而喪失功能，因此防止彈簧腐蝕可以保證彈簧穩定工作，并延長其使用壽命。
為了保護彈簧免受腐蝕，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層，但這幾種方法在實際實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，造成內應力，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，彈簧表面會生成保護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度；磷化雖然比氧化抗腐蝕性好，但在磷化過程中也會產生大量氫氣，使磷化后的彈簧具有氫脆現象；油漆噴涂法在彈簧表面形成的漆膜不夠平整，易出現漏噴、上薄下厚、邊緣流掛現象，結合力不好，容易脫落，防銹能力差。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供了一種耐腐蝕彈簧，使得彈簧具有良好的機械性能和力學性能，本發明還提供一種彈簧的加工工藝，進一步提高了彈簧的耐腐蝕能力，使得彈簧的使用壽命延長。
為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：
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)對彈簧鋼進行熱處理，得到高韌性彈簧用鋼；
(3)將彈簧鋼浸入冷水中，并在冷水中通入氮氣，除去氧化性氣體，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，然后在其表面旋轉噴涂氧化鋅納米鍍層，噴涂結束后，再噴涂一層厚度為20～30微米的氧化鎳鍍層。
優選的，所述熱處理工藝為高溫淬火，中溫回火。
優選的，所述惰性氣體為氮氣和氬氣的混氣體。
優選的，所述氮氣和氬氣的體積比為1:5～10。
優選的，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。
本發明的有益效果，本發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、屈服強度和屈服比，以及疲勞強度和疲勞比；通過熱水清洗，加入少量堿性介質，既可以有效清理鋼材表面的污垢，又不會腐蝕鋼材，污染環境，通過旋轉納米噴涂技術，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的結合力，提高了噴涂效果。本發明通過合理調節各元素的比例，使得彈簧具有高韌性，改善了彈簧的力學性能和加工性能，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，能滿足多種惡劣環境下的使用。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例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)、對彈簧鋼進行高溫淬火，中溫回火，得到高強度耐腐蝕彈簧鋼；
(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氣和氬氣的混合氣體中(其中氮氣和氬氣的體積比為1:8)，然后在其表面旋轉噴涂粒徑為30納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為18微米的鍍層，噴涂結束后，再噴涂一層厚度為25微米的氧化鎳鍍層。
實施例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)、對彈簧鋼進行高溫淬火，中溫回火，得到高強度耐腐蝕彈簧鋼；
(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氣和氬氣的混合氣體中(其中氮氣和氬氣的體積比為1:5)，然后在其表面旋轉噴涂粒徑為50納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為10微米的鍍層，噴涂結束后，再噴涂一層厚度為25微米的氧化鎳鍍層。
實施例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)對彈簧鋼進行高溫淬火，中溫回火，得到高強度耐腐蝕彈簧鋼；
(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氣和氬氣的混合氣體中(其中氮氣和氬氣的體積比為1:8)，然后在其表面旋轉噴涂粒徑為30納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為5微米的鍍層，噴涂結束后，再噴涂一層厚度為20微米的氧化鎳鍍層。
實施例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)、對彈簧鋼進行高溫淬火，中溫回火，得到高強度耐腐蝕彈簧鋼；
(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氣和氬氣的混合氣體中(其中氮氣和氬氣的體積比為1:10)，然后在其表面旋轉噴涂粒徑為40納米的氧化鋅納米顆粒，得到厚度為5微米的鍍層，噴涂結束后，再噴涂一層厚度為20微米的氧化鎳鍍層。
綜上，本發明實施例具有如下有益效果：本發明通過合理調節各元素的比例，使得彈簧具有高韌性，改善了彈簧的力學性能和加工性能，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系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。