簡(jiǎn)介

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彈簧鋼指的是制造各類彈簧及其他彈性元件的專用合金鋼。按性能要求、使用條件可分為普通合金彈簧鋼和特殊合金彈簧鋼。彈簧鋼具有優(yōu)良的綜合性能，彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質(zhì)量（嚴(yán)格控制表面缺陷和脫碳）、精確的外形和尺寸。 [1] 

彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性，而專門用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，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(xiàn)永久變形。彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能（特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比）、抗彈減性能（即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能）、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能（耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等）。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質(zhì)量（嚴(yán)格控制表面缺陷和脫碳）、精確的外形和尺寸。

根據(jù)GB/T 13304《鋼分類》標(biāo)準(zhǔn)，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼；按照質(zhì)量等級(jí)，屬于特殊質(zhì)量鋼，即在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照中國(guó)習(xí)慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時(shí)候技術(shù)要求比較高，過硬的技術(shù)直接決定品質(zhì)的高低。

分類

根據(jù)GB/T 13304 標(biāo)準(zhǔn)，彈簧鋼按照其化學(xué)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

碳素彈簧鋼的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （0.50%~0.80%）如65、70、85和較高錳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （0.90~1.20%），如65Mn兩類。

合金彈簧鋼

合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學(xué)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(hào)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。

此外，還從其他鋼類，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼，選擇一些牌號(hào)作為彈簧用鋼。

二、按照生產(chǎn)加工方法分類

⒈ 熱軋 （鍛）鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛制圓鋼、方鋼。

⒉冷拉（軋） 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 （冷拉圓鋼）。

三、按照鋼材交貨狀態(tài)分類

⒈ 熱軋 （鍛） 鋼材

A.以熱軋 （鍛） 狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)熱成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。

B.以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。

以上均應(yīng)符合相應(yīng)的交貨狀態(tài)硬度的規(guī)定。

⒉ 冷拉 （軋） 鋼材

A.鋼絲

① 鹽浴等溫淬火冷拉鋼絲（又稱派登脫處理冷拉鋼絲） 鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行低溫回火，以消除應(yīng)力。

② 油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后，進(jìn)行連續(xù)加熱、連續(xù)油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行底溫火，以消除應(yīng)力。

③ 冷拉鋼絲 （即不經(jīng)淬火和回火處理的鋼絲）

a. 以冷拉狀態(tài)交貨。

b. 以退火、正火或回火處理狀態(tài)交貨。

以上兩種狀態(tài)交貨的鋼絲制成彈簧后均需進(jìn)行淬火和回火處理。

B.鋼帶

① 冷軋狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以消除應(yīng)力。

② 淬火和回火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以削除應(yīng)力。

③ 退火火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行淬火和回火處理

C.冷拉鋼材

以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。

四、其他分類方法

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(xué)成分（力學(xué)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。

工藝性能

彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結(jié)合中國(guó)資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。

性能要求

彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結(jié)合中國(guó)資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。

生產(chǎn)工藝

彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的，必須保證有優(yōu)良的冶金質(zhì)量，不僅要保證準(zhǔn)確的化學(xué)成分，而且要有高純凈度，硫、磷、氧、氮等含量要低，鋼質(zhì)均勻性、穩(wěn)定性要好。彈簧鋼的冶金質(zhì)量應(yīng)達(dá)到優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的水平。

彈簧鋼的表面質(zhì)量和尺寸精度對(duì)彈簧的性能和壽命有極大的影響。因?yàn)閺椈射摬慕回洜顟B(tài)的表面除去表面噴丸強(qiáng)化之外不再進(jìn)行加工，因而也就是成品彈簧的工作表面，原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表面要求極高，對(duì)脫碳、裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜、分層等限制極嚴(yán)。各種表面缺陷會(huì)使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截面的鋼絲為例，成品彈簧的強(qiáng)度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比，鋼絲直徑的微小變化會(huì)導(dǎo)致彈簧性能的巨大波動(dòng)，所以要嚴(yán)格控制鋼材的外形和尺寸公差。這樣，彈簧鋼的加工變形（熱軋、冷軋、冷拔等）就十分重要了，必須極認(rèn)真地對(duì)待。

熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表面質(zhì)量要求較高，可以熱軋態(tài)交貨或者經(jīng)熱處理后交貨，以保證硬度不超過規(guī)定值，便于制簧。熱軋材可以冷態(tài)制成螺旋彈簧，對(duì)于截面尺寸較大者需加熱后制成彈簧。彈簧成型后再經(jīng)淬火、中溫回火，回火溫度約為350～550℃，以獲得較高屈強(qiáng)比和良好的綜合力學(xué)性能。

因熱軋材截面尺寸較大，故應(yīng)采用淬透性足夠高的牌號(hào)，保證心部淬透。若心部出現(xiàn)非馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，如鐵素體、貝氏體等，則回火后的性能降低，特別是疲勞性能。

冷拉（軋）彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類鋼材的表面質(zhì)量和尺寸精度要求格外嚴(yán)格。鋼絲的生產(chǎn)工藝有油淬火和冷拉兩種。

油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規(guī)定尺寸后再加熱、油淬火和鉛浴回火，故鋼絲出廠時(shí)已具備所需力學(xué)性能，制成彈簧后只要回火，消除應(yīng)力即可使用。優(yōu)點(diǎn)是整批性能均勻，穩(wěn)定，挺直性好，適于大批量生產(chǎn)，可制造各種重要彈簧，特別是閥門彈簧。牌號(hào)有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。

合金彈簧鋼絲也可以冷拉態(tài)交貨，或經(jīng)退火、正火、回火處理后交貨，制成彈簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也低，成本高，多用于小批量彈簧生產(chǎn)。

此外，最近也研究了用高頻感應(yīng)加熱處理高強(qiáng)度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續(xù)感應(yīng)加熱裝置上進(jìn)行淬火和回火，其內(nèi)部組織均勻、細(xì)小，塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優(yōu)于常規(guī)處理的鋼絲。這種鋼絲在美國(guó)、日本都已有生產(chǎn)，制造汽車、摩托車的懸掛彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧，卡車、拖車等的緊急制動(dòng)彈簧及各種高強(qiáng)度機(jī)械彈簧，使用效果令人滿意。另外，感應(yīng)加熱處理在彈簧扁鋼生產(chǎn)上也得到應(yīng)用。

還有一種鋼絲生產(chǎn)工藝，即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化后在鉛浴中等溫，生成細(xì)小珠光體組織，然后冷拉到規(guī)定尺寸。通過調(diào)整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學(xué)性能，制簧后不需熱處理，只要消除加工應(yīng)力即可使用。應(yīng)用這種工藝生產(chǎn)的都是碳素鋼鋼絲，但也有少數(shù)合金鋼（如65Mn）鋼絲。

冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經(jīng)退火后供貨，制成彈簧后再淬火回火處理，或僅回火以消除加工應(yīng)力。

熱處理規(guī)范

在現(xiàn)有各種彈簧鋼中淬透性最高。力學(xué)性能、抗回火穩(wěn)定性等亦好 大型土木建筑、重型車輛、機(jī)械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達(dá)35mm以上，圓鋼直徑可超過60mm。

高強(qiáng)度耐熱彈簧鋼。淬透性很好。高溫抗松弛和熱加工性能也很好 工作溫度500~C以下的耐熱彈簧，如汽輪機(jī)主蒸汽閥彈簧、汽封彈簧片、鍋爐安全閥彈簧、400t鍋爐碟形閥彈簧等。

化學(xué)成分：

C：0.42~0.50   

Si:1.50~1.80   

Mn:0.50~0.80    

P≤0.050    

S≤0.050  

其它-N0.007

力學(xué)性能：

尺寸范圍mm：扁鋼14   圓鋼12

淬火回火后的力學(xué)性能（不小于）：

抗拉強(qiáng)度σb (MPa)：≥1180~1370

屈服強(qiáng)度σs (MPa)：≥1030

伸長(zhǎng)率δ10 (%)：≥6

斷面收縮率ψ (%)：-

硬度：≥21

熱加工與熱處理：

熱加工溫度：1100~850

彈簧熱成型溫度：900~830

熱處理溫度：

退火：640~680  

正火：850~880   

淬火：830~860水  

回火：430~500 

退火硬度≤230