【文章內(nèi)容簡介】 萎縮，競爭力越來越弱，其主要原因由以下幾個方面： （ 1） 彈簧鋼產(chǎn)品質(zhì)量和價格缺乏市場競爭力； （ 2） 產(chǎn)品專業(yè)化程度低，品種結(jié)構(gòu)不合理； 4 （ 3） 彈簧鋼的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備落后； （ 4） 先進彈簧鋼技術(shù)的 研究和開發(fā)力量薄弱。 寶鋼經(jīng)過很多年的發(fā)展，也研究出了自己的生產(chǎn)流程，具有了強化精練操作，采用結(jié)晶器電磁攪拌，改進脫氧工藝，合理控制連鑄坯拉速和中間包鋼水過熱度、控制軋制等一些特點，它們生產(chǎn)的彈簧鋼具有鋼制純凈、偏析量小，脫層碳淺，表面質(zhì)量優(yōu)良的特點，在國際上都尚處于領(lǐng)先地位。同時江蘇淮鋼山東青鋼江蘇南鋼都有屬于自己的生產(chǎn)流程，它們都說明中國在彈簧鋼技術(shù)的不斷追求。 彈簧鋼的生產(chǎn)工藝 彈簧鋼比較難于連鑄，由于碳含量高，鋼中碳和雜質(zhì)元素磷、硫的宏觀偏析比較嚴重，鑄坯的凝固收縮率高，因而造成很大的中心縮 孔。此外，鋼中的 Al 很容易與氧反應生成 Al2O3，沉積在水口壁堵塞水口，在澆鑄時堵塞水口現(xiàn)象比較嚴重。國內(nèi)、外鋼廠冶煉彈簧鋼通過控制非金屬夾雜物形態(tài)、降低磷和硫含量，提高鋼的純凈度，得到高質(zhì)量的終點鋼水。精煉過程中應控制精煉時間，采取控白渣及吹 Ar 攪拌等操作防止鋼水二次氧化。 為實現(xiàn)彈簧鋼的連鑄，在連鑄過程中有必要深入研究鋼水過熱度、拉坯速度和 F段電磁攪拌強度等工藝參數(shù)的合理配合，以減輕或基本上消除中心偏析，采用全保護澆注、鋼水控溫、加雙層覆蓋劑、穩(wěn)定拉速、二次冷卻水制度、中間包涂料控制等措施，以獲得高質(zhì)量 的彈簧鋼鋼坯。 彈簧鋼的連鑄具有一系列優(yōu)點，以連鑄代替模鑄是彈簧鋼的又一發(fā)展趨勢。其優(yōu)點是彈簧鋼連鑄過程中通過電磁攪拌、低溫鑄造等，大大減少鋼的成分偏析，提高鋼質(zhì)均勻性，減少鋼液的二次氧化，改善鋼的表面脫碳，連鑄鋼的組織和性能均勻、穩(wěn)定，明顯優(yōu)于模鑄鋼而且金屬收得率高，生產(chǎn)效率高，此外連鑄與爐外精煉技術(shù)相配合，可以很容易地以低的成本將氧質(zhì)量分數(shù)降到比較低的水平，并有效地控制碳及合 5 金元素的含量。 彈簧鋼的技術(shù)發(fā)展是彈簧鋼設(shè)計應力等性能不斷提升的過程。國內(nèi)產(chǎn)品在質(zhì)量上與日本、韓國同類產(chǎn)品相比還有差距，但因價格相 對較低，已為相關(guān)企業(yè)提供制造微型汽車懸架彈簧、面包車懸架彈簧、摩托車減震彈簧等線材。國內(nèi)主要合金彈簧線材的生產(chǎn)企業(yè)為寶鋼、首鋼特鋼、大連鋼廠、上海五鋼等企業(yè)，寶鋼高線廠彈簧鋼線材有 55SiCr， 50CrV， 60Si2MnA 等，其中 55SiCr 已經(jīng)在國內(nèi)知名轎車上使用。 亞共析彈簧鋼軋制分為高溫軋制、常規(guī)軋制和熱機械變形軋制 (即控制軋制 )。彈簧鋼的軋制大都采用控制軋制，軋制時使用氣氛和壓力可調(diào)的步進式加熱爐，嚴格控制加熱溫度和均熱時間，以減少加熱對總脫碳厚度的影響 。采用先進的高速無扭軋機進行軋制，盡可能設(shè)計孔 型輥縫最小，并讓自由表面最小 。采用軋輥孔型設(shè)計，軋輥研磨的計算機輔助設(shè)計和制造技術(shù)，以及閉環(huán)張力控制保證軋件的尺寸公差和斷面形狀 。采用在線修整和檢測技術(shù)，以保證表面質(zhì)量，避免出現(xiàn)表面缺陷。例如，瑞典 SKF公司通過雜散磁通技術(shù)在線檢查鋼坯，使用一種專門添加劑研磨技術(shù)局部修磨鋼錠表面，在嚴格控制的加熱氣氛下加熱圓形斷面鋼坯，優(yōu)化軋機技術(shù)及軋輥孔型設(shè)計，開發(fā)出新的軋輥孔型設(shè)計，在后續(xù)道次中為卵形配合，從而達到最佳的表面質(zhì)量。 開發(fā)變截面鋼板彈簧和錐形棒材彈簧。生產(chǎn)變截面鋼板的方法有切削、鍛造和軋制等方法。從生產(chǎn)效 率和成本等方面考慮，軋制法生產(chǎn)變截面鋼板較好。變截面鋼板彈簧的應用可使彈簧質(zhì)量減輕 40%~50%。使用錐形油淬火棒材可解決后懸架負荷變化率大的問題。 彈簧鋼的分類 根據(jù) GB/T 13304 標準，彈簧鋼按照其化學成分分為非合金彈簧鋼 (碳素彈簧鋼 )和合金彈簧鋼。 碳素彈簧鋼的碳含量 (質(zhì)量分數(shù) )一般在 %~%。按照其 6 錳含量又分為一般錳含量 (質(zhì)量分數(shù) ) (%~%)如 6 70、 85 和較高錳含量 (質(zhì)量分數(shù) ) (~%)，如 65Mn 兩類。 合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過適當加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學性能、淬透性和其他性能，以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼。合金彈簧鋼的基本組成系列有，硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎(chǔ)上，有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素。 根據(jù)生產(chǎn)加工分類，又可分為熱軋鋼材和冷軋鋼材。熱軋 (鍛 )鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛制圓鋼、方鋼；冷拉 (軋 ) 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 (冷拉圓鋼 )。 除 以上所述外，還有一些其他分類方法，例如：按交貨條件要求不同可分為按化學成分 (力學性能 )交貨和按淬透性交貨。按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高 (低 )溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。 鋼的連續(xù)冷卻相變 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變比加熱轉(zhuǎn)變要復雜得多，它并不都是一個平衡轉(zhuǎn)變的過程，即不能完全根據(jù)鐵 碳相圖來判定。 鋼件 在室溫時的力學性能不僅與加熱時奧氏體晶粒大小、化學成分均勻程度有關(guān)。而且在很大程度上取決于冷卻時轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型和組織形態(tài)。冷卻方式和冷卻速度對奧氏體轉(zhuǎn)變有很大的影響，所以冷卻過程是熱處理 的關(guān)鍵工序，它決定著鋼件熱處理后的組織與性能。因此，研究不同冷卻條件下鋼中奧氏體組織的轉(zhuǎn)變規(guī)律，對于正確制定鋼的熱處理冷卻加工藝、控制熱處理后的組織與性能具有重要意義。 珠光體轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變是過冷奧氏體在臨界溫度 A1 以下比較高的溫度范圍內(nèi)進行的轉(zhuǎn)變 ， 7 珠光體轉(zhuǎn)變是由含 %C 的奧氏體分解為碳含量很高的滲碳體和碳含量很低的鐵素體，轉(zhuǎn)變中同時完成了原子擴散和點陣重構(gòu)兩個過程，珠光體轉(zhuǎn)變可分為形核和長大兩個階段， 形核與生長當過冷度不很大時，珠光體核一般在奧氏體晶界上形成 ，也可在奧氏體晶界處的先共析 相上形核，通過縱向或者橫向長大。 珠光體轉(zhuǎn)變是單相奧氏體分解為鐵素體和滲碳體兩個新相得機械混合物的相變過程 ，因此，珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物。 由于相變在較高的溫度下進行，鐵、碳原子都能進行擴散，所以珠光體轉(zhuǎn)變是典型的擴散型相變。 由于轉(zhuǎn)變溫度、過冷度等其他因素影響，珠光體轉(zhuǎn)變會形成片層間距不同的珠光體，在光學顯微鏡可以分辨的，片層間距為（ ~），稱為珠光體；在光學顯微鏡下無法分辨的（片層間距為 30~80nm），稱為屈氏體或者極細珠光體；片層間距在上述兩者之間的，稱為索氏體或細珠光體。 根 據(jù)滲碳體的形態(tài)不同，珠光體分為片狀珠光體和粒狀珠光體。 （ 1）粒狀珠光體 由鐵素體和粒狀碳化物組成 ， 它由過共析鋼經(jīng)球化退火或馬氏體在 650℃ ~A1 溫度范圍內(nèi)回火形成。其特征是碳化物成顆粒狀分布在鐵素體上。 （ 2）片狀珠光體 層片狀珠光體是一種雙相結(jié)構(gòu)的組織，是一層鐵素體和一層滲碳體的混合物。它是由高溫奧氏體冷卻到 723℃ 共析反應后所得到的產(chǎn)物，含碳量為 %。片狀珠光體的力學性能主要取決于片間距和珠光體團的直徑。珠光體團的直徑和片間距越小，鋼的強度和硬度越高 [4]。 片狀珠光體是滲碳體（碳化物）和鐵素 體呈片狀想建個排列，粒狀珠光體是鐵素體在基體上分布著碳化物顆粒。 片狀珠光體有較高的強度，塑韌性偏低。片層間距越小，其強度、硬度越高，同時塑性和韌性也可得到適當改善；而粒狀珠光體，取決于粒狀滲碳體的大小。形態(tài)和分布。其具有較高的強度，較好的切削加工性能（塑韌性好）及淬火工藝性能，顆粒越細，強度越高，顆粒越均勻，韌性越好。在硬度相同的 8 情況下，粒狀珠光體的拉伸性能比片狀珠光體的好。并且，片狀珠光體是通過鋼的退火和正火獲得，而粒狀珠光體是通過球化退火或者是淬火加回火方式獲得 [5]。 馬氏體轉(zhuǎn)變 非平衡條 件下，金屬和合金中發(fā)生的非擴散的晶型轉(zhuǎn)變。是固態(tài)一級相變的一種基本類型。產(chǎn)物稱為馬氏體，通常具有板、片狀的外形?；咎卣黢R氏體轉(zhuǎn)變的主要特征為： (1)宏觀形狀效應。不但有體積變化，而且有形狀變化。如圖 2 所示，在母相的自由表 (平 )面上，轉(zhuǎn)變成馬氏體的那塊面積發(fā)生一定角度的傾斜，并仍保持為平面。由此帶動鄰近的母相呈山峰狀凸起 (另一側(cè)下凹 )，原始態(tài)表面的直線刻痕轉(zhuǎn)入新相后仍為直線，在界面處不斷開，保持連續(xù)。 (2)非擴散。生成相與母相成分相同，以共格或半共格界面為生長相界面，故不存在相界面遷移的熱激活機制。形核 率和長大速度皆與擴散型轉(zhuǎn)變的熱動力學處理結(jié)果顯著不符。 (3)慣習現(xiàn)象。生成相的片、板的空間取向不是任意的，而是平行于母相的某個晶面 (稱為慣習面 )。作為母相的一個原子面，慣習面在相變過程中既不畸變，也不轉(zhuǎn)動，是不變平面。圖 3 是對圖 2 的局部作進一步標注， a’b’曲面發(fā)生轉(zhuǎn)動，面積也有變化；但 AB 線段長度不變，方向也不變。作為母相的一個原子面， ABCD 在相變過程中既無畸變，又不轉(zhuǎn)動，連位置都沒有變化 (稱中脊面 )。 a’b’c’d’和 abcd 兩面僅有平移，無畸變及轉(zhuǎn)動。慣習面是母相中與 ABCD 同族的晶面，馬氏體片只 能在這族晶面的空間方位產(chǎn)生。 研究表明，鋼中馬氏體的形態(tài)多種多樣，但就其單元的形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的特點來看，最主要的是板條狀和片狀馬氏體，其余尚有蝶狀、薄板狀及六方馬氏體等幾類。 （ 1）板條狀馬氏體 9 板條狀馬氏體是在低、中碳鋼及馬氏體時效鋼、不銹鋼、 FeNi 合金中形成的一種典型的馬氏體組織，其特征是每個單元的形狀呈窄而細長的板條，并且許多板條總是成群地、相互平行的連在一起，故稱為板條狀馬氏體，又因這種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要是位錯，其位錯密度為（ ~） 1012cm2，故也稱為位錯馬氏體。 （ 2）片狀馬氏體 片狀馬氏體是在中、高碳（合金）鋼及 FeNi（大于 29%）合金中形成的一種典型的馬氏體組織，其特征是相鄰的馬氏體片一般互不平行，而是呈一定的交角排列，它的空間形態(tài)呈雙凸透鏡片狀、故簡稱為片狀馬氏體，由于它與試樣磨面相截而往往呈現(xiàn)為針狀或竹葉狀，故也稱為針狀或者竹葉狀馬氏體，又由于這種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，故還有孿晶馬氏體之稱。 馬氏體具有很高的硬度，其硬度主要取決于碳含量，而合金含量的影響較小。位錯型（板條狀）馬氏體具有相當高的強度、硬度和良好的塑性、韌性，既有高的強韌性；而孿晶型（片 狀）馬氏體則強度、硬度很高，塑性、韌性很低。因此通過各，種手段，在保證足夠強度、硬度的前提下，盡可能減小孿晶馬氏體的數(shù)量，是改善強韌性，充分發(fā)揮材料潛力的有效途徑 [6,7]。 貝氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體轉(zhuǎn)變時過冷奧氏體在介于珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的一種轉(zhuǎn)變，又簡稱為中溫轉(zhuǎn)變。大體上可把貝氏體描述為由條片狀鐵素體和碳化物（有時還有殘余奧氏體）組成的飛片層狀組織，以示與珠光體這種片層狀組織相區(qū)別。實際上，這一定義仍是不完善的。由于貝氏體中鐵素體和碳化物的形態(tài)與分布情況多變，使貝氏體顯微組織呈現(xiàn)為多種 形態(tài)。據(jù)此，通?？蓪⑵浞譃椋荷县愂象w；下貝氏體；無碳化物貝氏體；粒狀貝氏體；反常貝氏體；柱狀貝氏體等。其中以上貝氏體、下貝氏體最為常見，粒狀貝氏體次之，其余較為少見?，F(xiàn)分別簡述如下。 10 （ 1）上貝氏體 上貝氏體是在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)較上部的溫度范圍內(nèi)形成的。它是由成束的、大體上平行的板條狀鐵素體和條間的呈粒狀的滲碳體所組成的非片層狀組織