彈簧鋼的高強度化和市場發展趨勢

　　彈簧鋼的高強度化和市場發展趨勢
　　由于懸掛彈簧的質量與設計應力的平方成正比,減輕彈簧質量zui有效的方法便是提高彈簧的設計應力。在彈簧性能不變的前提下,隨著設計應力的提高,彈簧線徑和有效卷數減少,彈簧可減重40%～50%。因此,伴隨著汽車輕量化和鐵路列車的高速重載化,彈簧的設計不斷提高。如轎車懸掛彈簧的設計應力,在20世紀70年代為900MPa,80年代提高到1000～1100MPa,目前國外轎車螺旋懸掛彈簧已開始普遍采用設計應力為1200MP*的新一代超高強度彈簧鋼。這種彈簧鋼將是今后轎車用彈簧鋼的主流。日本和韓國分別在1991年和1996年還先后成功地開發出設計應力1300MP*的UHS2000、ND250S(RK360)等新型彈簧鋼,但由于成本較高,目前這些新型彈簧鋼僅局限在轎車上應用。
　　為了提高彈簧的設計應力,需提高彈簧鋼的硬度(強度),如為了獲得1200MP*的設計應力,要求彈簧鋼的硬度達到HRC53。但是對于現有的彈簧鋼如高Si-Mn系的SUP7,在這么高的硬度水平下疲勞強度和彈減抗力會急劇下降。目前彈簧鋼的發展趨勢是向經濟性和高性能化方向發展。國外現有彈簧鋼鋼號比較齊全,力學性能、淬透性和疲勞性能等基本上可以滿足目前的生產和使用要求。目前,一方面是充分發揮現有彈簧鋼的潛力,如改進生產工藝、采用新技術、對成分進行某些調整等,進一步提高其性能,擴大應用范圍,如針對發動機用高性能氣門而提出的超純凈彈簧鋼;另一方面是進行新鋼種的研究開發,由于影響提高彈簧設計應力的兩個zui主要因素是抗疲勞和抗彈性減退,因而這兩個因素成為當今彈簧鋼鋼種研究開發的主題,如近來開發出UHS1900、UHS2000、ND120S等耐腐蝕疲勞的高強度彈簧鋼和SRS60、ND250S等彈減抗力優良的高強度彈簧鋼.值得注意的是,高強度彈簧鋼新鋼種的開發,必須在提高鋼的力學性能和應用性能的同時兼顧其經濟性,才能被廣大用戶所接受。
　　如前所述,傳統的彈簧鋼的強度水平難以滿足現代工業發展的要求。解決這一問題的一個重要途徑便是如何充分發揮合金元素的作用,達到*合金化效果。
　　碳是鋼中的主要強化元素,對彈簧鋼性能的影響往往超過其他合金元素。彈簧鋼需要較高的強度和疲勞極限,一般在淬火+中溫回火的狀態下使用,以獲得較高的彈性極限。為保證強度,彈簧鋼中必須含有足夠的碳。但隨鋼中碳含量的上升,鋼的塑性、韌性會急劇下降。當前世界各國所廣泛使用的彈簧鋼,碳含量絕大部分在0.45%～0.65%。為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題,也有把碳含量降低的趨勢。當前納入標準的彈簧鋼中含碳較低的有日本的SUP10(0.47%～0.55%)、美國的6150(0.48%～0.53%)、德國的38Si7(0.35%～0.42%)、法國的45C4(0.41%～0.48%)等。國內對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究,并開發出了一系列的低碳彈簧鋼,如28SiMnB、35SiMnB、26Si2MnCrV等,其碳含量在0.30%左右。研究結果表明,這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用,有足夠強度和優良的綜合力學性能,尤其是塑、韌性*。日本zui近研究開發的幾種高強度彈簧鋼,如UHS1900、UHS2000、ND120S、ND250S等,碳含量均在0.40%左右。
　　可見,降低彈簧鋼中的碳含量是研究開發新一代超高強度彈簧鋼的一個重要手段。此時,因碳含量降低所造成的強度和硬度降低可通過優化合金元素和降低回火溫度來實現。