合金弹簧钢生产工艺改善措施

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合金弹簧钢的质量好坏在很大程度上决定于冶炼工艺，包括钢的化学成分，钢水洁净度(气体、有害元素、夹杂物)和铸坯质量(成分偏析、脱碳及其表面状况)，这几个方面正是冶炼操作的关键控制点。另外，弹簧钢还要求有足够的淬透性以保证整个弹簧截面获得均匀的微观组织和力学性能。

非金属夹杂物的改善

产生疲劳裂纹的主要原因在于钢中氧化物夹杂，且D类夹杂物对疲劳寿命的危害大于B类夹杂物。因此，国外钢厂和汽车厂对弹簧钢中的氧化物夹杂提出了更高的要求，如瑞典SKF标准要求钢中氧含量低于15×10-6，D类夹杂物低于B类夹杂物。尤其是Al2O3和TiN夹杂物对弹簧疲劳寿命的危害最大。为生产高质量弹簧钢，以往通常采用电炉—电渣重熔或真空电弧重熔等特种冶炼方法。

随着炉外精炼技术的发展，采用炉外精炼工艺可显著减少钢中的夹杂物，如日本采用RH真空脱气实现超低氧钢(ULO)或超纯钢(UCS)的生产。采用硅脱氧的镇静钢，精炼时使用碱度严格控制的精炼合成渣对不变形的富Al2O3的有害夹杂物进行变性处理，同时搅拌钢水，使夹杂物上浮并去除，降低夹杂物的含量并使残余的夹杂物无害化等，从而获得超纯洁弹簧钢。检验证实氧含量低于15×10-6的低氧钢(LO)可满足200MPa高应力弹簧的使用要求。用超低氧加超低氮化钛工艺生产的ULO+ULTiN钢的疲劳极限与真空电弧重熔钢相同，钢可用于制造高强度阀门弹簧[4]。西宁特殊钢厂和江苏淮阴钢厂(超)高功率电弧炉初炼+LF精炼+合金钢大方坯或小方坯连铸生产弹簧钢，分别在60t和80tLF中进行了钡合金脱氧和夹杂物变性试验研究，使钢中氧含量降低到15×10-6以下，残余铝含量控制在0.020%~0.025%，并使氧化物夹杂中Al2O3的比例小于40%，残余夹杂物以细小、均匀、弥散的塑性夹杂物分布[5]。青岛钢铁有限公司采用拉碳法冶炼，钢包底吹氩、喂丝，连铸采用保护浇铸、合理控制过热度、拉速及结晶器参数，二冷水用气水雾化冷却方式等工艺措施，可以生产出符合GB1222-84要求的60Si2Mn弹簧钢，有效解决生产过程中出现的质量问题，并降低了钢中的氧含量及夹杂物级别[6]。

表面缺陷及脱碳层的改善

零件表面强度是影响疲劳强度的重要因素。表面热处理和表面冷塑性形变加工对提高疲劳强度十分有效，如表面淬火、渗碳、碳氮共渗、氮化、喷丸和滚压。提高零件表面强度可降低零件表面承受的有效拉应力和局部不均匀形变，减少疲劳裂纹形成。(l)磨去热处理产生的表面脱碳层可显著提高疲劳极限；(2)不除去热处理后产生的表面脱碳层直接喷丸较除去脱碳后再喷丸提高被劳极限的幅度大，前者为30%-50%，后者仅为3%-6%。

为减小表面脱碳影响，热轧弹簧圆钢表面剥光、要避免表面脱碳应当消除或降低两者间存在的碳化学位梯度。采取保护气氛加热是避免或减轻表面脱碳的有效措施。缩短加热时间减小脱碳深度，快速感应加热应当采用。由于不同合金元素对碳的活度和扩散影响不同，相同条件下不同成分的弹簧钢会表现出不同的脱碳行为。例如Si可以提高弹性极限、强度、回火稳定性和弹性减退抗力，但是对Si增加奥氏体中碳的活度和化学位梯度导致的表面严重脱碳也必须给予重视。石钢公司试制的低碳弹簧钢28MnSiB，降低了钢中碳硅的含量，有效的降低了表面脱碳倾向，检查结果表明实际碳含量为0.10%-0.16%，平均为0.12%，达到了标准所规定的碳的含量小于0.23%的要求。