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汽车减震用的弹簧钢，如何提高强度？

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

依据在汽车上最终使用效果和产品性价比，低合金弹簧钢线材所涉及的钢种较多，主要有Cr-V系、Cr-Mn系、Si-Mn系、Si-Cr系、Si-Cr-V系，以及在Si-Cr系基础上添加少量合金元素V、Ni、Co、Mo、W等形成的更复杂系列。

Cr-V系代表钢种有50CrVA和67CrVA；Cr-Mn系代表钢种有55CrMnA；Si-Mn系代表钢种有60Si2MnA（相当于日本的SUP6）；Si-Cr系代表钢种有55SiCrA（相当于日本的SUP12，美国的SAE 9254）、60Si 2Cr A、OTEVA 70SC、SWOSC-V和SWOSCVH；Si-Cr-V系代表钢种有55Si Cr VA、60Si 2Cr VA、OTEVA 75 SC、SWOSC-VHV、SWOSC-VHS和SRS60；复杂系列代表钢种有OTEVA 76SC、OTEVA 9 0 S C、S W O S C - V H R、UHS1900、UHS1900M和UHS2000等。各钢种具体成分见表1-表3。

Cr-V系韧性较好，但因强度不高，无法满足弹簧轻量化和小型化的要求，现已基本不用。Cr-Mn系中的55CrMnA也仅用于制造汽车实心稳定杆。

Si-Mn系中60Si2MnA除用于制造设计应力880MPa以下的低档乘用车螺旋悬架弹簧和质量要求相对不高的离合器弹簧及汽车实心稳定杆外，还广泛用于制造中档摩托车的减震簧和一般用途的机械簧；SUP7主要用于制造设计应力980MPa以下的中低档乘用车螺旋悬架弹簧，但由于其硅含量较高，表面脱碳倾向大，不易控制，现趋于淘汰。

Si-Cr系中的55SiCrA、SAE 9254除了用于制造设计应力980MPa以下的中档乘用车螺旋悬架弹簧和质量要求相对较高的离合器弹簧、刹车制动器弹簧、实心稳定杆和扭杆之外，还广泛用于制造中低档摩托车的气门簧、高档摩托车的减震簧和重要用途的机械簧；SAE 9254V主要用于制造设计应力900MPa以下的气门弹簧以及质量很高的离合器弹簧和扭杆。

Si-Cr-V系中的SRS60用于制造设计应力1110MPa的乘用车螺旋悬架弹簧。复杂系列中的UHS1900、UHS1900M用于制造设计应力1200MPa的乘用车螺旋悬架弹簧；UHS2000用于制造设计应力1300MPa的乘用车螺旋悬架弹簧；OTEVA 76SC和OTEVA90SC制造的气门弹簧设计应力可达1000MPa，OTEVA 90SC渗氮之后制造的气门弹簧设计应力大于1100MPa。

已经工业化批量生产并用于汽车制造领域的国产弹簧钢线材品种主要有60Si 2MnA、55Si Cr A、55Cr MnA和50CrVA。 此外，还有处于研发、试生产中 的55SiCrVA、60Si2CrA、60Si2CrVA等。其中50CrVA韧性虽然较好，但因强度不高，无法满足弹簧轻量化和小型化的要求，现已基本不生产；60Si2MnA和55SiCrA产量最大，年产量预计超过10万吨。值得注意的是，我国除55SiCr钢种之外，对更高应力的汽车悬架弹黃盘条还没有生产实例。

2汽车用弹簧钢冶炼技术

节能、环保、安全已成为汽车设计的首要考虑因素，汽车用弹簧钢正在向轻量化、高应力、高可靠度方向发展，因此，对弹簧钢的性能要求也越来越高。汽车用弹簧钢尤以悬架弹簧和气门弹簧为典型代表，其冶炼工艺也有所区别。

2.1悬架弹簧冶炼工艺

弹簧钢冶炼过程中采用RH工艺，与VD工艺相比，处理夹杂物效率要更好，更有利于生产。日本在弹簧钢生产技术方面一直走在世界前列，如新日铁住金公司，其悬架弹簧线材生产工艺流程：270 t转炉冶炼→RH-SCS处理→350 mm×560 mm大方坯连铸（中间包等离子加热+结晶器电磁搅拌+二冷区电磁搅拌+凸台辊轻压下）→连轧开坯→钢坯清理→线材轧制。该生产技术生产的悬架弹簧强度高、抗弹减性能好、疲劳性能优越，广泛运用于世界各种高档汽车。

除新日铁住金外，其他先进企业如日本大同特殊钢知多钢厂、爱知钢厂、德国克虏伯等均采用LF+RH冶炼技术生产汽车悬架弹簧钢。

国内生产弹簧钢技术日趋成熟，生产企业借鉴工业发达国家的经验，逐渐采用RH真空处理冶炼工艺替代VD，生产出来的弹簧钢也开始广泛应用于国内汽车等行业中。

近几年，兴澄特钢生产弹簧钢的原料采用澳大利亚进口优质矿石，含铁量高，有害杂质少，从源头上控制产品的质量。整个生产工艺流程：铁水KR→BOF→LF→RH→CC大方坯→开坯→表面处理（内部检验）→线材加热→控轧控冷→在线探伤→盘条成品。良好的生产工艺使弹簧钢强度、韧性等性能得到了很好的提升，其弹簧钢质量在国内被用户广泛认可。

宝钢弹簧钢盘条根据市场要求，质量不断提高。生产的弹簧钢盘条牌号：65Mn、60 Si 2 Mn A、6 0 Si 2 Cr A、50 Cr VA、60 Si 2 Cr VAT、B55SiCr和B55SiCr V等7类，盘条规格涵盖国内用户所需品种。高级弹簧钢盘条所占比例逐年提高。

宝钢弹簧钢盘条现有2条生产工艺路线：

1） 脱硫铁水→300t转炉→精炼（LF+RH）→模铸→均热炉加热→初轧机开坯→6VH连轧机轧成142 mm×142 mm钢坯→钢坯表面全剥皮处理→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验→包装入库

2） 废钢+铁水→150t电炉→精炼（LF+VD）→连铸160 mm×160 mm→钢坯表面全剥皮处理→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验→包装入库。

2.2 气门弹簧冶炼工艺

气门弹簧的性能要求比悬架弹簧高得多，生产难度也相对较大。气门弹簧“无寿命”，直到汽车使用报废，弹簧仍然不失效。与工业发达国家不断推出新工艺和新钢种相比，我国气门弹簧钢的生产、研发水平还比较落后。

目前，国内发动机气门弹簧几乎全靠进口，无法合格稳定生产。世界上生产气门弹簧钢最好的企业是日本神户制钢，其生产的气门弹簧份额约占全世界的50%。

神户制钢气门弹簧用线材生产工艺流程：转炉冶炼→钢包除渣→ASEA-SKF→300mm×430mm大方坯连铸（中间包电磁感应加热+结晶器电磁搅拌+重压下）→钢坯清理→初轧→轧制。转炉出钢采用硅铁脱氧，以避免产生富含Al2O3的夹杂物，SKF炉中加入低碱度造渣料，并依靠电磁搅拌和真空脱气促使夹杂物变性处理和上浮去除。用此工艺冶炼的SAE9254氧的质量分数在20×10-6左右，而采用铝脱氧方式氧含量一般小于10×10-6，由此可以看出，神户制钢气门弹簧采用了夹杂物塑性化冶炼工艺。

除神户制钢外，新日铁住金气门弹簧也广泛用于各种汽车，其线材生产工艺流程：270t转炉冶炼→LF精炼→350 mm×560 mm大方坯连铸→连轧开坯→钢坯清理→线材轧制。可以看出，新日铁住金气门弹簧生产工艺同神户制钢有相同之处，即均采用了夹杂物塑性化工艺。

3悬架弹簧钢夹杂物控制

弹簧钢失效的一个重要形式为疲劳断裂，而引起疲劳断裂的原因往往是钢中的非金属夹杂物。非金属夹杂物周围的应力集中，容易导致裂纹产生。因此，弹簧钢生产过程中对夹杂物的控制有着严格的要求。

夹杂物控制在弹簧钢生产的过程中，因不同的脱氧方式，对夹杂物控制的方向大致分为两种。一种为夹杂物塑性化工艺，采用硅或硅锰脱氧配合低碱度精炼渣，将夹杂物控制在CaO-SiO2-Al2O3系中的钙斜长石、磷石英和假硅灰石附近，即低熔点塑性区A，使夹杂物有着良好的塑性变形能力，如图1所示；另一种为超低氧工艺，采用铝脱氧配合高碱度精炼渣，减少夹杂物数量的同时尽量控制夹杂物在CaOSiO2-Al2O3系中的铝酸三钙、钙黄长石、铝酸钙附近，即低熔点塑性区B中。

3.1悬架弹簧夹杂物塑性化工艺

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