弹簧钢高强度化及合金元素的作用

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高强度弹簧钢丝生产工艺及研究 关键词：弹簧钢丝材料性能试验 为评估材料制造弹簧的性能，研究了琴钢丝、油淬火钢丝和奥氏体不锈钢等弹簧钢 丝。研究中量化弹簧性能参数：（1）加工问题；（2）极限应力；（3）松弛性能；（4） 疲劳性能。 1、试验材料 试验钢丝的规格和化学成分见表1。 表1弹簧钢丝化学成分 直径 mmcsimnpscrvnicunbal 火箭钢丝1.90.860.20.450.0110.004---0.01-- 302不锈钢丝20.081.261.160.0150.00217.2-7.48--- crsiv钢丝3.50.651.430.60.0110.0130.70.1080.02--- 超级琴钢丝40.840.190.640.0070.0130.20.0

1中国高强度弹簧钢的现状和发展趋势 1.1弹簧钢简介 弹簧钢（英文名：springsteel）即含碳量为0.60%～0.95%的碳钢，是经冷变形 强化的一种较好的弹簧钢丝，用于制作各种弹簧。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。根据gb/t13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性一，弹簧钢属于机 械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量 和性能的钢。按照我国习惯，弹簧钢属于特殊钢，制作弹簧钢的时候技术要求比较高， 技术的过硬直接决定品质的高低。 弹簧钢向高强度发展是当前弹簧钢生产和应用中表现出来的趋势。在日本，汽车、 摩托车所用弹簧占弹簧钢生产总量的64.9%，从节能和经济性出发，要求汽车、摩托车 减重，而减轻弹簧重量是这两个行业减重的一个重要方面，

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第39卷　第1期 2004年1月 钢　　铁 ironandsteel vol.39,no.1 january2004 ?综合论述? 高强度弹簧钢的发展现状和趋势 　徐德祥　　　　　　尹钟大　　　 (北满特殊钢公司)　　　　　(哈尔滨工业大学) 摘　要　随着现代交通运输业的不断发展,对弹簧钢的性能要求越来越高,迫切要求提高弹簧钢的强度和延 长使用寿命。对此,国内外近年来开展了大量的研究工作。评述了弹簧钢高强度化的途径和发展趋势、弹簧钢 中碳和各种合金元素的作用及其合金化特点。 关键词　弹簧钢　强度　合金元素 thetendencytohighstrengthofspringsteelsandthe effectofalloyingelements 　　　　xudexiang　　　　　　　　　　　

弹簧钢的合金化研究

1 合金元素在钢中的作用 随着现代工业和科学技术的不断发展，在机械制造中，对工件的 强度、硬度、韧性、塑性、耐磨性以及其他各种物理化学性能的要求 愈来愈高，碳钢已不能完全满足这些要求了。 原因： ①由碳钢制成的零件尺寸不能太大。否则，因淬透性不够而不 能满足对强度与塑性、韧性的要求。加入合金元素可增大淬 透性。 ②用碳钢制成的切削刀具不能满足切削红硬性的要求。用合金 工具钢、高速钢和硬质合金。 ③碳钢不能满足特殊性能的要求，如要求耐热、耐低温、抗腐 蚀、有强烈磁性或无磁性等等，只有特种的合金钢才能具有 这些性能。 合金钢是以碳钢为基础，金相组织和相应的碳钢大体上是相似 的。在钢中加入合金元素，钢的机械性能显著提高。弄清楚各种合金 元素对钢材的影响对控制产品质量有非常大的作用。 1合金元素在钢中的存在方式 1.1合金元素与钢中的碳相互作用，形成碳化物存在于钢中 按合金元素在钢

1 合金元素在钢中的作用 随着现代工业和科学技术的不断发展，在机械制造中，对工件的 强度、硬度、韧性、塑性、耐磨性以及其他各种物理化学性能的要求 愈来愈高，碳钢已不能完全满足这些要求了。 原因： ①由碳钢制成的零件尺寸不能太大。否则，因淬透性不够而不 能满足对强度与塑性、韧性的要求。加入合金元素可增大淬 透性。 ②用碳钢制成的切削刀具不能满足切削红硬性的要求。用合金 工具钢、高速钢和硬质合金。 ③碳钢不能满足特殊性能的要求，如要求耐热、耐低温、抗腐 蚀、有强烈磁性或无磁性等等，只有特种的合金钢才能具有 这些性能。 合金钢是以碳钢为基础，金相组织和相应的碳钢大体上是相似 的。在钢中加入合金元素，钢的机械性能显著提高。弄清楚各种合金 元素对钢材的影响对控制产品质量有非常大的作用。 1合金元素在钢中的存在方式 1.1合金元素与钢中的碳相互作用，形成碳化物存在于钢中 按合金元素在钢

结构钢中碳及合金元素的作用 1.结构钢中碳及合金元素的作用 （1）碳其主要作用是保证钢的硬度、强度与韧性。例如，普通低碳钢中的低碳就是为了保证钢的良好韧 性、优秀的加工工艺性能（焊接与压力加工工艺性），调质钢中的中碳是为了保证经热处理后该钢具有良 好的综合力学性能，渗碳钢中的低碳是为保证工件心部具有良好的韧性（而表面层的高硬度则由渗碳+相 应的热处理工艺来保证），弹簧钢中的中、高碳是为保证钢的高强度（弹性极限、疲劳强度）。特例：滚 动轴承钢中的高碳则是为了保证该钢的高硬度、高耐磨性，这又与工具钢相同。 （2）合金元素其主要作用可概括为： 主加元素（cr、mn、ni、si）——提高淬透性、强化铁素体； 辅加元素（w、mo、v、ti）——细化晶粒、进一步提高淬透性。 例如，在调质钢中主加元素的作用就是提高淬透性、强化铁素体（微量的合金元素b也具有此作

介绍影响钢丝扭转性能的因素,通过控制原材料质量,制定合适的热处理工艺,严格控制炉温的均匀性,延长磷化时间,采用小道次压缩率、多道次拉拔并加强冷却,避免模子超差,使非标高强度弹簧钢丝的一次合格率从71.5%提高到88.7%,创造了一定的经济效益。

ti对新型中碳高强度弹簧钢耐腐蚀性能的影响 作者：孙曼丽，惠卫军，张代明，董瀚，翁宇庆，sunman-li，huiwei-jun，zhangdai- ming，donghan，wengyu-qing 作者单位：孙曼丽,惠卫军,sunman-li,huiwei-jun(先进钢铁材料技术国家工程研究中心,北京 ,100081;昆明理工大学,材料与冶金工程学院,云南,昆明,650093)，张代明,zhangdai- ming(昆明理工大学,材料与冶金工程学院,云南,昆明,650093)，董瀚,donghan(先进钢铁 材料技术国家工程研究中心,北京,100081)，翁宇庆,wengyu-qing(先进钢铁材料技术国家 工程研究中心,北京,100081;中国金属学会,北京,100711) 刊名： 金属热处理 英文刊名：heat

弹簧钢 弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。 在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等碳素弹簧钢即含碳量wc在0.6%-0.9%范 围内的优质碳素结构钢。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量wsi提高 性能；另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。近年来，结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要 求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量 性能要求 弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。 在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等碳素弹簧钢即含碳量wc在0.6%-0.9%范 围内的优质碳素结构钢。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量wsi

合金元素及其在合金中的作用 一、合金元素钢中的作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬（cr)、镍（ni)、钼（mo）、钨（w）、 钒（v）。钛(ti)、铌（nb)、锆（zr）、钴（co）、硅（si）、锰（mn)、铝（al)、铜（cu)、硼（b)、稀土(re）等。磷（p）、硫（s)、氮（n）等在某些情 况下也起到合金元素的作用。 1、铬(cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。 还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和

1、钢的分类 1.1一般分类 碳钢也叫碳素钢，含炭量wc小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有 少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切 削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量 可以把碳钢分为低碳钢（wc≤0.25%）,中碳钢（wc0.25%——0.6%）和高碳钢 （wc>0。6%）。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量 ＜5％），中合金钢（含量5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优 质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐 磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、 永磁钢、无磁钢）等。 2、钢中合金元素分类 2.1根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类： 强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。这类

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。用弹性材料制成的零件在外力作用 下发生形变，除去外力后又恢复原状。亦作“弹簧”。 弹簧的分类 按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，按形 状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧 等，按制作过程可以分为冷卷弹簧和热卷弹簧。 普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应 用最广。 弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好 的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、 镍合金和橡胶等。 弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法， 大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹 簧的承载能力。 弹簧可以分为以下7类： 1、螺旋弹簧即扭转弹簧，是承受扭转变形的弹

牌号用途举例 60、70号火车车厢的螺旋弹簧，一般机器上的圆、方螺旋 弹簧，小型机械的弹簧。 85 铁路车辆、汽车、拖拉机上承受震动的圆螺旋弹 簧，板簧。 65mn 用于较大尺寸的各种扁、圆弹簧，如座垫板簧、 弹簧发条、弹簧环、气门弹簧及轻载荷汽车和小汽 车的离合器弹簧与制动弹簧等。 55si2m 汽车、拖拉机、铁道车辆的板簧、螺旋弹簧、车 辆止回阀簧及其它高应力下工作的重要弹簧。 55si2mnb汽车前后簧、副簧。 60si2mn 和 60si2mna 汽车、拖拉机、铁道车汽上的板簧、螺旋弹簧， 安全阀止回阀簧，制造承受交变负荷及在高应力下 工作的大型重要卷制弹簧和受据烈磨损的零件。 轴承钢用途：导杆、滑轨、导柱、轴承轴心、机械柱等。 弹簧钢用途：具有高度之抗疲劳性及冲击性，一般经油淬火回火调质后使用，其中 碳系一般用途

弹簧钢 springsteels 用以制造弹簧或类似弹簧性能零件的钢类。具有高的弹性极限、疲劳极限(尤其是缺口疲劳极限)以及 一定的冲击韧性和塑性，主要在冲击、震动等动载荷或长期周期性交变应力的条件下使用。所以在各种状 态下工作的弹簧都要有良好的表面质量和较高的抗疲劳性能。在工艺性能上，需经淬火、回火的弹簧钢， 应具有一定的淬透性，不易脱碳，过热敏感性低和塑性较高，在热状态下易于成形。制造小尺寸弹簧用的 钢丝要有均匀的硬度和一定的塑性。 类别弹簧钢按生产方法，可分为热轧弹簧钢和冷拉(轧)弹簧钢。热轧弹簧钢包括制造螺旋弹簧、扭力 杆用的圆钢或梯形钢和制造板簧的扁钢；冷拉(轧)弹簧钢包括制造小规格螺旋弹簧的冷拉钢丝和制造发条 以及各种弹簧片的冷轧钢带。合金弹簧钢中通常含锰、硅、铬、钼、钨、钒和微量的硼，这些合金元素都 可提高钢的淬透性。锰和硅固溶入铁素体中,可提

在sae9254钢化学成分的基础上增加碳含量和添加一些合金元素开发出的高强度cr-si弹簧钢可以提高气门弹簧的抗松驰性能，且具有良好的疲劳性能。

本文介绍了日本、巴西、瑞典、德国、加拿大等国家的高强度的弹簧钢丝的生产，对目前我国的弹簧生产厂家具有比较实用的参考价值。

0前言弹簧是重要的通用性基础零件,基本功能是利用材料的弹性和弹簧的结构特点,在产生变形和恢复时,机械能或动能与形变能产生转换。影响弹簧质量的因素是多方面的,其中材料及热处理对弹簧的性能及寿命有着重要的影响。

本文介绍了国内外近年来,高强度、高韧性不锈钢弹簧钢丝的发展状况。对不锈钢弹簧钢丝的基本性能指标、表面质量及处理工艺,以及不锈钢弹簧在制造过程中应注意的事项,进行了全面的综合阐述,为国内不锈钢丝尽快取代进口产品,指出了努力的方向。

研究采用轧制-辊拉复合法生产高强度异型弹簧钢丝工艺。工艺控制要点:拉拔圆丝成品的力学性能,轧制过程中的宽展,辊拉过程中的圆角和道次变形率,以及成品异型弹簧钢丝的尺寸精度等。优化各道次的生产工艺,选择最佳的投料尺寸,从而开发出抗拉强度不低于2000mpa的异型弹簧钢丝。轧制-辊拉复合法生产高强度异型弹簧钢丝常见的质量问题有开裂、毛刺或飞边、波浪弯和侧弯等,对产生质量问题的原因进行分析。