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首頁(yè) > 彈簧鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)要求
彈簧種類較多，按照所承受的載荷不同，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等；而按照彈簧的形狀不同，又可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板簧和盤簧等。用以制造彈簧的鋼材，統(tǒng)稱彈簧鋼。當(dāng)前用于制造彈簧的鋼材包括碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹、耐熱鋼以及合金工具鋼和高速工具鋼等鋼種。通常所說(shuō)的彈黃鋼[10]是指碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼（2007年中國(guó)合金彈簧鋼產(chǎn)量160萬(wàn)t[11]）。碳素彈簧鋼的碳含量一般在0.62％～0.90％。按照其錳含量又分為一般錳含量（0.50％～0.80％，如65、70、85）和較高錳含量（0.90％～1.20％，如65Mn）兩類。合金彈簧鋼包括Si-Mn系（60Si2Mn，相當(dāng)于美國(guó)的9260，日本的SUP6、SUP7，德國(guó)的60SiCr7）；Cr-Mn系（55CrMnA，相當(dāng)于美國(guó)的5155、日本的SUP9、德國(guó)的55Cr3）；Cr-V系（50CrVA，相當(dāng)于美國(guó)的6150、日本的SUP10、德國(guó)的50CrV4）；CrMnB系（60CrMnBA，相當(dāng)于美國(guó)的51B60、日本的SUP11A）等。
性能
彈簧主要是在往復(fù)、交變動(dòng)載荷及惡劣的環(huán)境條件（如振動(dòng)、沖擊、拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲、腐蝕等）下使用，要求彈簧鋼具有下述性能：良好的力學(xué)性能，如高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性以及彈性極限、比例極限等，但要同時(shí)保證其所有性能具有很高的水平是很困難的。因此，應(yīng)視使用情況，優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)，以達(dá)到最佳的綜合力學(xué)性能配合；良好的抗疲勞性能和抗彈減性能；良好的工藝性能，包括淬透性、熱處理工藝性能（如淬火變形小、不易過(guò)熱、晶粒均勻細(xì)小、回火穩(wěn)定性高、不易脫碳、石墨化和氧化等）和加工成形性能；此外，還必須具有良好的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量。
疲勞破壞和彈性減退失效是彈簧兩種最常見的破壞形式。通常通過(guò)固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化來(lái)提高彈簧鋼彈減抗力，彈簧鋼中常用的合金元素Si、V、Ni、B可提高其彈減抗力。
良好的內(nèi)在質(zhì)量是由冶金過(guò)程決定的。首先應(yīng)保證準(zhǔn)確的化學(xué)成分，這樣才能在加工和熱處理后得到確保性能的顯微組織，良好穩(wěn)定的淬透性以及各種性能。另外，應(yīng)有高的純潔度，P、S等雜質(zhì)元素和H、N等要低。鋼中的各種非金屬夾雜物不但要求含量低而且要控制其形狀、大小、分布、成分等，尤其是要減少顆粒尺寸大、硬度高、不易變形的夾雜物，這些有害夾雜物是應(yīng)力集中源，易引起裂紋疲勞破壞。
表面質(zhì)量是彈簧鋼另一重要技術(shù)指標(biāo)，表面質(zhì)量包括表面脫碳、表面缺陷（裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜、分層等）。彈簧鋼在承受彎、扭、交變應(yīng)力等各種載荷時(shí)，表面應(yīng)力最大，各種缺陷是應(yīng)力集中源，在使用過(guò)程中易引起早期破壞和失效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，表面夾雜物引起彈簧破損的比率為40％，表面缺陷和脫碳引起破損的比率為30％。彈簧制品表面，除噴丸強(qiáng)化外，保留了鋼材供貨狀態(tài)的表面，因此鋼材的表面狀態(tài)對(duì)彈簧的工作性能和壽命具有很大影響。
對(duì)采用圓形截面的鋼絲制成的彈簧而言，其強(qiáng)度與剛度分別與鋼絲直徑的3次方和4次方成正比，故鋼絲截面的微小變化都會(huì)對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響，扁鋼的厚度和寬度也有相似的影響。因此，彈簧鋼的尺寸公差和精度是保證成品使用性能和壽命的重要因素。
生產(chǎn)工藝
過(guò)去，一般要求的彈簧鋼主要是在電爐、轉(zhuǎn)爐、平爐中冶煉，模鑄，橫列式軋機(jī)軋制。較高質(zhì)量要求的（主要是降低鋼中夾雜物的含量）主要采用電爐＋電渣重熔或真空重熔法生產(chǎn)。
當(dāng)今比較典型的生產(chǎn)工藝流程是：初煉鋼水由電爐或轉(zhuǎn)爐提供，根據(jù)不同的鋼種、質(zhì)量水平要求和生產(chǎn)者的裝備條件選擇二次精煉方法，在連鑄工序中使用減少非金屬夾雜物數(shù)量的技術(shù)（防止二次氧化、非金屬夾雜物的上浮及分離）和防止偏析技術(shù)（低過(guò)熱度澆鑄、電磁攪拌等），可以生產(chǎn)出質(zhì)量相當(dāng)于模鑄鋼錠中下部的優(yōu)質(zhì)鋼坯。鋼坯加熱一般采用步進(jìn)爐，附有可控氣氛系統(tǒng)，控制鋼坯脫碳、氧化燒損。在加熱爐與粗軋機(jī)之間，裝有高壓水除鱗機(jī)，清除鋼坯表面氧化鐵皮。使用無(wú)扭高剛度連軋機(jī)進(jìn)行熱機(jī)軋制（控軋控冷），獲得高的尺寸精度、表面質(zhì)量和滿意的內(nèi)部組織。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，采用磁粉或渦流和超聲波探傷儀在線檢查鋼材表面、內(nèi)部缺陷。對(duì)標(biāo)識(shí)有缺陷的產(chǎn)品進(jìn)行清理或剔除。同時(shí)，對(duì)質(zhì)量要求較高的懸掛彈簧鋼線材和閥門彈簧鋼絲要分別進(jìn)行鋼坯修磨、軟化處理、成品表面處理，經(jīng)過(guò)剝皮、冷拔、退火、酸洗、油淬火/回火、探傷、防腐等一系列工序，才能確保鋼材的表面質(zhì)量。具體工藝流程如下。
1）彈簧鋼生產(chǎn)工藝流程：電爐或轉(zhuǎn)爐－精煉爐（RH或LF+RH或ULO或ASEA-SKF或ULO+ULTiN或VAD）－連鑄－熱軋－精整。
2）懸掛彈簧合金鋼線材生產(chǎn)工藝流程：電爐或轉(zhuǎn)爐－精煉爐－連鑄－粗軋－修磨－線材軋制－檢驗(yàn)－軟化處理－表面處理－包裝。
3）油淬火閥門鋼絲生產(chǎn)工藝流程：盤條檢驗(yàn)－剝皮－冷拔、退火、酸洗/循環(huán)－油淬火/回火－渦流探傷－防腐處理－包裝。
RH真空脫氣法、LF-RH、ASEA-SKF和VAD真空脫氣加熱法是大家較熟悉的處理方法，僅介紹ULO、ULO+ULTiN精煉法：
1）ULO（超低氧）鋼處理工藝[4]，是日本大同特殊鋼在RH基礎(chǔ)上，為更有效地降低鋼中夾雜物數(shù)量而采取的手段。具體步驟是：在1臺(tái)超高功率堿性電弧爐中熔化鋼水，接著吹氧后向鋼水中加入Fe-Si或At進(jìn)行預(yù)脫氧處理，得到高堿度還原渣。然后將鋼水倒入鋼包中，并將RH循環(huán)脫氣設(shè)備“兩腿”插入鋼液中，汲取鋼水進(jìn)入脫氣設(shè)備的真空室中。借助于大容量噴射泵，保持真空度＜13.3 Pa，并將小流量氬氣引入鋼水中，鋼水發(fā)泡進(jìn)入真空室，鋼水中碳脫氧反應(yīng)快速進(jìn)行，因而鋼水脫氧。當(dāng)碳氧反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，加入像Al這樣合適的脫氧劑。為了促進(jìn)脫氧產(chǎn)物的上浮分離和去除，以及保持脫氧狀態(tài)的穩(wěn)定，繼續(xù)進(jìn)行脫氧操作，最后調(diào)整加Al量。RH脫氣后，氧含量下降到15×10-6以下。該處理工藝是實(shí)現(xiàn)懸掛彈簧鋼2 000 MPa應(yīng)力值的一種手段。
2）ULTiN（超低氮化鈦）鋼處理工藝[4]：首先選擇原材料，以得到Ti含量（30～50）×10-6的鋼水，然后進(jìn)行脫氣操作，降低氮含量到（40～60）×10-6。如果ULO處理后再進(jìn)行ULTiN處理（即ULO+ULTiN），鋼中氧化物和TiN夾雜物可大幅度下降，鋼的疲勞極限與真空電弧重熔鋼相同，該彈簧鋼可制造高強(qiáng)度閥門彈簧。
隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，彈簧的發(fā)展趨勢(shì)是輕量化、大型化。為了適應(yīng)彈簧的各種工作條件并滿足高強(qiáng)度、高壽命的要求，彈簧鋼除具有良好的綜合性能外，還必須具有良好的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量。
