彈簧鋼的高強(qiáng)度化和市場發(fā)展趨勢
　　由于懸掛彈簧的質(zhì)量與設(shè)計(jì)應(yīng)力的平方成正比,減輕彈簧質(zhì)量zui有效的方法便是提高彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力。在彈簧性能不變的前提下,隨著設(shè)計(jì)應(yīng)力的提高,彈簧線徑和有效卷數(shù)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(shè)計(jì)不斷提高。如轎車懸掛彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力,在20世紀(jì)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(shè)計(jì)應(yīng)力為1200MP*的新一代超高強(qiáng)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(fā)出設(shè)計(jì)應(yīng)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(yīng)用。
　　為了提高彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力,需提高彈簧鋼的硬度(強(qiáng)度),如為了獲得1200MP*的設(shè)計(jì)應(yīng)力,要求彈簧鋼的硬度達(dá)到HRC53。但是對于現(xiàn)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(qiáng)度和彈減抗力會(huì)急劇下降。目前彈簧鋼的發(fā)展趨勢是向經(jīng)濟(jì)性和高性能化方向發(fā)展。國外現(xiàn)有彈簧鋼鋼號比較齊全,力學(xué)性能、淬透性和疲勞性能等基本上可以滿足目前的生產(chǎn)和使用要求。目前,一方面是充分發(fā)揮現(xiàn)有彈簧鋼的潛力,如改進(jìn)生產(chǎn)工藝、采用新技術(shù)、對成分進(jìn)行某些調(diào)整等,進(jìn)一步提高其性能,擴(kuò)大應(yīng)用范圍,如針對發(fā)動(dòng)機(jī)用高性能氣門而提出的超純凈彈簧鋼;另一方面是進(jìn)行新鋼種的研究開發(fā),由于影響提高彈簧設(shè)計(jì)應(yīng)力的兩個(gè)zui主要因素是抗疲勞和抗彈性減退,因而這兩個(gè)因素成為當(dāng)今彈簧鋼鋼種研究開發(fā)的主題,如近來開發(fā)出UHS1900、UHS2000、ND120S等耐腐蝕疲勞的高強(qiáng)度彈簧鋼和SRS60、ND250S等彈減抗力優(yōu)良的高強(qiáng)度彈簧鋼.值得注意的是,高強(qiáng)度彈簧鋼新鋼種的開發(fā),必須在提高鋼的力學(xué)性能和應(yīng)用性能的同時(shí)兼顧其經(jīng)濟(jì)性,才能被廣大用戶所接受。
　　如前所述,傳統(tǒng)的彈簧鋼的強(qiáng)度水平難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。解決這一問題的一個(gè)重要途徑便是如何充分發(fā)揮合金元素的作用,達(dá)到*合金化效果。
　　碳是鋼中的主要強(qiáng)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(qiáng)度和疲勞極限,一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用,以獲得較高的彈性極限。為保證強(qiáng)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(huì)急劇下降。當(dāng)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(qiáng)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(dāng)前納入標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)對低碳馬氏體彈簧鋼進(jìn)行了深入的研究,并開發(fā)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(jié)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(qiáng)度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,尤其是塑、韌性*。日本zui近研究開發(fā)的幾種高強(qiáng)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(fā)新一代超高強(qiáng)度彈簧鋼的一個(gè)重要手段。此時(shí),因碳含量降低所造成的強(qiáng)度和硬度降低可通過優(yōu)化合金元素和降低回火溫度來實(shí)現(xiàn)。