第九章弹簧钢丝

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1、 第九章 弹簧钢丝 弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件，弹簧主要作用是利用自身形变时所储存的能量来缓和机械或零部件的震动和冲击、控制机械或零部件的运动。弹簧用途广泛，在不同条件下使用的弹簧必须选用不同类型的钢丝来制造，才能满足使用要求。1弹簧钢丝的分类、特性和用途1.1 弹簧钢丝的分类 弹簧钢丝按化学成分可分为：碳素弹簧钢丝、合金弹簧钢丝和不锈弹簧钢丝。按制造工艺分为：形变强化弹簧钢丝（冷拉弹簧钢丝），马氏体强化弹簧钢丝（油淬火回火弹簧钢丝），综合强化弹簧钢丝（沉淀硬化不锈弹簧钢丝），银亮弹簧钢丝和异型弹簧钢丝。按用途分为：阀门用弹簧钢丝、机械用弹簧钢丝和非机械用途弹簧钢丝。1.2 弹簧钢

2、丝的使用特性和用途 弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。 弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低

3、，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。弹簧根据运行状态可分为静态簧和

4、动态簧。静态弹簧指服役期振动次数有限的弹簧，如安全阀弹簧，弹簧垫，秤盘弹簧，定载荷弹簧，机械弹簧，手表游丝等。动态弹簧指服役期振动次数达1106次以上的弹簧，如发动机阀门弹簧，车辆悬挂簧，防震弹簧，联轴器弹簧，电梯缓冲弹簧等。静态弹簧选材时主要考虑抗拉强度和稳定性，动态弹簧选材时主要考虑疲劳，松弛及共振性能。弹簧根据负荷状况可分为轻载荷、一般载荷和重载荷三种状态。轻载荷指承受静态应力，应力较低，变形量较小的弹簧，如安全装置用弹簧，吸收振动用弹簧等。设计使用寿命103104次。一般载荷指设计寿命105106次，在振动频率300次/min条件下使用的普通弹簧。在许用应力范围内，寿命保证1106次，

5、载荷应力越低，寿命越长。重载荷指长时间工作、振动频繁的弹簧。如阀门弹簧，空气锤、压力机、液压控制器弹簧，其载荷较高，常常在低于许用应力10%左右使用，使用寿命大于1106次，通常为107次。弹簧选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含0.600.90%的碳和0.31.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理，可以获得很高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低，抗松弛性能和耐蚀性能差，弹性模量的温度系数较大(高达30010-6/)，适用于制造截面较小，工

6、作温度较低（120的弹簧。合金弹簧钢一般含0.450.70%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合金元素的加入改善弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用温度，适用于制造较大截面，较高温度下使用的弹簧。国内外弹簧钢常用牌号对照如表9-1。 表9-1 国内外弹簧钢常用牌号对照表中 国日 本美 国德 国GB/T699-1999GB/T1298-86GB/T1299-2000JIS G3506-1996JIS G4801-84ASTM A510M-1996ASTM A752M-93DIN17222-1979DIN17223-199060SWRH62A10596

7、5MnSWRH67B1065C6070SWRH72A1069CK6770MnSWRH72B1070BT8MnASWRH82B1085CK85WT9A109050CrVSUP10615050CrV455CrSiSUP12925455CrSi6355CrMnASUP9515555Cr355Si2MnASUP6925555Si760Si2MnASUP7926060SiCr72 弹簧钢丝标准、适用范围及工艺特点我国弹簧钢丝标准分钢类制定，现行国家及行业推荐标准包括碳素弹簧钢丝标准6个，合金弹簧钢丝标准4个，标准明细如表9-2。 表9-2 弹簧钢丝标准明细序号标 准 代 号标 准 名 称1YB/T522

8、0-93非机械弹簧用碳素弹簧钢丝2GB/T4657-89碳素弹簧钢丝3GB/T4358-1995重要用途碳素弹簧钢丝4GJB1497-92特殊用途碳素弹簧钢丝规范5YB/T5103-93油淬火-回火碳素弹簧钢丝6YB/T5102-93阀门用油淬火-回火碳素弹簧钢丝7GB/T5218-1999合金弹簧钢丝8YB/T5136-93阀门用铬钒弹簧钢丝9YB/T5104-93油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝10YB/T5105-93阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝2.1 碳素弹簧钢丝标准、适用范围及工艺特点碳素弹簧钢丝现行国家和行业推荐标准分两种类型：一类是冷变形强化钢丝，又称冷拉弹簧钢丝。冷拉碳素弹簧

9、钢丝首先经铅淬火处理获得索氏体组织，然后表面磷化，以很大减面率拉拔到成品尺寸，钢丝组织呈纤维状，有很高的抗拉强度和弹性极限，良好的弯曲和扭转性能。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高，表面光洁，无氧化和脱碳缺陷，疲劳寿命比较稳定，是使用最广泛的弹簧钢丝。碳素弹簧钢丝的另一类型是马氏体强化钢丝，又称油淬火回火钢丝。碳素钢丝通过淬回火处理，可获得良好的综合力学性能，当钢丝规格较小时（2.0mm），油淬火回火钢丝的各项强度指标比索氏体化处理后冷拉钢丝要低。当钢丝规格较大时（6.0mm）索氏体化的钢丝不可能采用很大减面率来获得所要求的强度指标，而油淬火回火钢丝只要完全淬透就可以获得比冷拉钢丝更高的性能。在抗拉强度相

10、同条件下，马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相组织呈纤维状，各向异性明显，油淬火回火钢丝金相组织为均匀的回火马氏体，几乎是各向同性的。同时油淬火回火钢丝的抗松弛性能优于冷拉钢丝，使用温度（150190）也高于冷拉钢丝（120）。近年来中大规格油淬火回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。下面按标准介绍各类碳素弹簧钢丝的应用范围及工艺特点。 （1）YB/T5220-93 非机械弹簧用碳素弹簧钢丝该标准适用于沙发垫簧，座垫，靠背拉簧，卡簧，夹簧等非机械弹簧用碳素弹簧钢丝。标准按抗拉强度要求不同将钢丝分成A1，A2，A3A9九个组别，每个组别钢丝不分规格大小按一个强度范围供货，抗拉强

11、度偏差200Mpa。A1，A2和A3组用于制造较低应力弹簧。A3，A4和A5用于制造一般应力弹簧。A7，A8和A9用于制造较高应力弹簧。床垫簧一般选用A3和A4组别。从使用状态分析，该标准钢丝基本属于静态簧，成品钢丝仅考核抗拉强度、缠绕和单次弯曲三项性能，详见表9-3。表9-3 YB/T5220-93 非机械弹簧用碳素弹簧钢丝组别直径范围 mm抗拉强度 MPa用 途A16.07.011801380用于较低应力弹簧A23.27.013801580用于较低应力弹簧A31.66.015801780用于较低应力弹簧A40.64.017801980用于一般应力弹簧A50.32.619802180用于一般

12、应力弹簧A60.31.621802380用于一般应力弹簧A70.31.023802580用于较高应力弹簧A80.30.625802780用于较高应力弹簧A90.20.427802980用于较高应力弹簧说明：4.0mm钢丝在2d芯棒上缠绕两圈无裂纹或折断。4.0mm钢丝进行弯曲试验，试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲90o，弯曲处不得有裂纹或折断。A1A3组钢丝一般选用4570钢，A3A6组选用65Mn或70钢，A7A9组钢丝选用70或T8MnA（82B）生产。由于按该标准供货的钢丝基本用于制作静态弹簧，对疲劳寿命的要求相对宽松，钢丝可以采用控轧控冷盘条直接拉拔成品。钢丝成前热处理也可以用正火

13、代替铅浴处理。同时允许选用转炉镇静钢作为原料。 (2)GB/T4357-89 碳素弹簧钢丝该标准是冷拉碳素弹簧钢丝的通用标准，主要用于制作在各种应力状态下工作的静态弹簧。根据弹簧工作应力状态钢丝可分三个级别供货：B级用于低应力弹簧，C级用于中等应力弹簧，D级用于高应力弹簧。成品钢丝考核抗拉强度、扭转、缠绕和弯曲四项性能，详见表9-4。表9-4 GB/T4357-89 碳素弹簧钢丝直径mmB 组C 组D 组抗拉强度MPa扭转次数不小于抗拉强度MPa扭转次数不小于抗拉强度MPa扭转次数不小于0.222110250020235027502026903090180.252060245020230027

14、002026403040180.282010240020230027002026403040180.302010240020230027002026403040180.321960235020225026502026002990180.351960235020225026502026002990180.401910230020225026502026002990180.451860226020220026002025502940180.501860226020220026002025502940180.551810221020215025502025002890180.601760216020

15、211025002024502840180.631760216020211025002024502840180.701710211020206024502024502840180.801710206020201024002024002840180.901710206020201023502023502750181.001660201020196023002023002690181.201620196020191022502022502550181.401620191020186022102021502450181.601570186020181021602021102400181.801520

16、181020176021102020102300182.001470176020171020102019102200182.201420171015166019601518102110132.501420171015166019601517602060132.801370167015162019101517102010133.001370167015157018601517101960133.20132016201215701810121660191083.50132016201215701810121660191084.00132016201215201760121620186084.501

17、32015701015201760101620186055.00132015701014701710101570181055.501270152081470171081570181036.001220147081420166081520176036.3012201470142016107.0011701420137015708.0011701420137015709.00113013201320152010.00113013201320152011.00108012701270147012.00108012701270147013.001030122012201420说明: 4.0mm的D级钢

18、丝和6.0mm的B级、C级钢丝在等于钢丝直径的芯棒上缠绕2圈、缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。4.0mm的D级钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕2圈，缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。6.00mm的钢丝应进行弯曲检验，试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲900，弯曲后不得产生裂纹和断裂。B级和C级钢丝一般选用70（67A、72A）或65Mn（67B），D级选用T9XtA和T8MnA（82B）生产。本标准钢丝主要用于制作静态机械弹簧，其服役期振动频次要高于非机械弹簧，对疲劳寿命有一定的要求，成品也增加扭转性能的考核。因此对钢丝用盘条应采用电炉或电炉+炉外精炼法冶炼，盘条中P0.030%、S0.

19、020%等。成品钢丝显微组织中如含有游离铁素体，会降低弹簧疲劳寿命，而控轧控冷盘条中一般均存有51.5%的游离铁素体，一般不宜采用盘条直接生产成品钢丝。按此标准供应的钢丝原则上成前应经铅浴处理，消除游离铁素体组织，成品钢丝显微组织应为纤维化索氏体组织。 (3)GB/T4358-1995重要用途碳素弹簧钢丝按该标准供货的钢丝，主要用于制作在各种应力状态下工作的动态弹簧。根据弹簧工作应力状态，钢丝分三个组别供货：E组适用于中等应力动态弹簧，F组适用于高应力动态弹簧，G组适用于高疲劳寿命的动态弹簧。成品钢丝考核抗拉强度，扭转，缠绕，弯曲和脱碳五项性能指标，详见表9-5。由于按该标准供货的钢丝用于制作

20、中、高应力状态下工作的动态弹簧，成品钢丝除保持高的弹性极限和良好的韧性指标外，还必须考虑到疲劳极限和弹簧的疲劳寿命。为此，对钢的纯净度，非金属夹杂含量和气体含量，铁素体含量及表面脱碳程度有更高的要求。钢丝用盘条必须采用电炉+炉外精炼法冶炼，对盘条的化学成分有更高的要求：P0.025%、S0.020%，Cr 0.10%、Ni0.15%（0.12%）、Cu0.20%。实际生产中为提高疲劳寿命往往将Mn控制在高限，E组选用70或70Mn（72B），F组选用T8MnA或T9RtA，G组选用65Mn（Mn可调整到0.9-1.2%）或67B。降低钢中P、S含量，提高Mn含量和采用炉外精炼的目的是：消减钢中

21、非金属夹杂含量，改善夹杂物形态和降低气体含量，提高疲劳极限和疲劳寿命。如果钢丝显微组织中含有游离铁素体，会较大幅度地降低疲劳寿命，按该标准供货的钢丝，成前必须进行铅淬火处理。G组钢丝用于制作在剧烈振动状态下工作的阀门弹簧，对疲劳寿命要求极高，所以选用韧性更好的65Mn盘条，抗拉强度虽有所下降，但疲劳寿命更有保证。钢丝表面脱碳，形成铁素体组织严重影响疲劳性能，标准对G组钢丝增加脱碳层检验，规定总脱碳层深度不得大于1.0%d，但对较大规格钢丝（4.0mm）受减面率限制，由热轧盘条带来的脱碳层很难彻底消除，标准补充规定：“征得需方同意，可供应脱碳层不超直径1.5%d的钢丝”。表9-5 GB/T435

22、8-1995 重要用途碳素弹簧钢丝钢丝直径mmE 组F 组G 组抗拉强度MPa扭转次数不小于抗拉强度MPa扭转次数不小于抗拉强度MPa扭转次数不小于0.25222026002526002950180.28222026002526002950180.30221026002526002950180.32221025902525902940180.35221025902525902940180.40220025802525802930180.45219025702525702920180.50218025602525602910180.55217025502525502900180.60216025

23、402525402890180.63214025202525202870180.70212025002525002850180.80211024902524902840180.90206023902523902690181.02020235025235026501818502110201.21920227025227025701818202080201.41870220025220025001817802040201.61830214025216024801817502010201.81800213025206023601817001960202.01760209025197022301816

24、701910202.21720200020187021301316201860182.51680196020177020301316201860182.81630191020172019801315701810183.01610189020169019501315701810183.21560184016167019301015701810153.51520175016162018401014701710154.01480171016157017901014701710154.5141016401215001720614701710105.013801610121480170061420166

25、0105.51330156081440166041400164066.0132015508142016604135015906说明:4.0mm的钢丝在等于钢丝直径的芯棒上、4.0mm钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕5圈，不得有裂纹或折断。1.0mm钢丝进行弯曲试验，试样沿R圆弧向不同方向弯曲900，弯曲处不得有裂纹或折断，4.0mm，R=5mm；4.0mm，R=10mm。G组钢丝脱碳层1.0d%。 (4)GJB1497-92 特殊用途碳素弹簧钢丝规范在某些特定场合，需要弹簧具有超出常规要求的弹力，如枪械弹簧，为便于携带和使用，弹簧所占的空间很小，弹力要足够大，必须选用抗拉强度特高，韧性较好的钢丝

26、来制作弹簧,特殊用途碳素弹簧钢丝就适应这种需要的标准。该标准规定钢丝分甲、乙、丙三组供货。丙组适应于较高应力弹簧，乙组适应于高应力弹簧，甲组适用于超高应力弹簧。标准推荐钢丝采用T9A，T10A和T8MnA制造。实际上钢丝抗拉强度随碳含量增高而上升，扭转性能（韧性指标）随碳含量上升而下降，综合考虑，辽宁特殊钢集团大连三大钢丝公司选用加稀土的T9A钢丝生产甲、乙、丙组钢丝。成品钢丝考核抗拉强度、扭转、扭转断口、缠绕、抗拉强度均匀性和尺寸均匀性六项性能指标，详见表9-6。应该指出钢丝的超高抗拉强度是以牺牲部分塑性和疲劳寿命换来的，只适用于制作形状简单，对疲劳寿命要求不很高的弹簧，该标准不宜推广使用。

27、 表9-6 GJB 1497-92 特殊用途碳素弹簧钢丝规范直径mm抗 拉 强 度MPa扭转次数不小于，次甲 组乙 组丙 组甲组乙组丙组0.202840314027002950255028006363630.222840314027002950255028005050500.252840314027002950255028004050500.282840314027002950255028003450500.302840314027002950255028003450500.322840314027002950255028003440500.35284031402700295025502800

28、3440500.402840314027002950255028003440500.452840314027002950255028003440500.502840314027002950255028003440500.552840314027002950255028003438440.602790309026502850250027003438440.652790309026502850250027003438440.702790309026502850250027003438440.752790309026502850250027003438440.80279030902650285025

29、0027003438440.902740304026002800245026503438441.002740304026002800245026501519221.102640294026002800245026501519221.202540284025002700235025501519221.30250027002350255019221.40240026002250245019221.5024002600225024501922说明：每盘钢丝两端抗拉强度差不得大于100Mpa。钢丝扭转时，在规定扭转次数以内不得有肉眼可见的裂纹和分层。钢丝进行缠绕试验，钢丝绕芯棒缠绕15圈后不得折断和破

30、裂。芯棒直径等于钢丝直径。 (5)YB/T5103-93 油淬火-回火碳素弹簧钢丝油淬火-回火钢丝先将钢丝生产到成品尺寸，然后再进行油淬火回火处理，以回火马氏体组织交货。组织均匀性是决定油淬火回火钢丝性能的重要指标，因碳素弹簧钢丝淬透性有限，规格太大的钢丝油淬火回火后芯部不能完全转变为马氏体，所以标准规定油淬火回火碳素弹簧钢丝供货直径小于12.0mm。与冷拉碳素弹簧钢丝相比，直径2.0mm的油淬火回火钢丝抗拉强度和弹性极限低于冷拉钢丝。但大规格钢丝（6.0mm）索氏体处理后，不可能采用大减面率拉拔获得高的抗拉强度，而油淬火回火钢丝只要完全淬透，就可以获得比冷拉钢丝更高的抗拉强度。即使在抗拉强度

31、相同条件下，油淬火回火钢丝的弹性极限也高与冷拉钢丝。冷拉弹簧钢丝的各向异性明显，而油淬火回火钢丝几乎各相同性。油淬火回火钢丝的疲劳寿及抗应力松弛性能比冷拉钢丝好得多，工作温度更高（150170），抗蠕变性能更好。另外油淬火回火钢丝直条度好，打开盘卷后钢丝弹直，几乎无弯曲，缠绕弹簧时成形性能更好。因此工业发达国家大规格油淬火回火碳素弹簧钢丝几乎取代了冷拉碳素弹簧钢丝。 (6)YB/T5102-93阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝YB/T5102-93与YB/T5103-93的关系相当于GB/T4358-1995与GB/T4357-89的关系。前者用于制作动态弹簧，后者是通用标准，主要用于制作静态弹簧

32、。由于动态油淬火回火弹簧对组织均匀性要求更严格，碳素钢淬透性有限，YB/T5102规定供货规格更小（直径6.0mm）。阀门用油淬火回火碳素钢丝使用范围和质量控制要求基本与GB/T4358-1995 G组相当，这里不再赘述。2.2 合金弹簧钢丝标准、适用范围及工艺特点我国合金弹簧钢丝分三类，合金弹簧钢丝，油淬火回火硅锰弹簧钢丝，阀门用油淬火回火铬硅合金弹簧钢丝，从发达国家合金弹簧使用现状来看，油淬火回火钢丝所占比例越来越大，日本工业标准（JIS）规定，合金弹簧钢丝全部以油淬火回火状态供货。(1) GB/T52181999合金弹簧钢丝该标准将原GB521885硅锰弹簧钢丝、GB521985铬钒弹簧

33、钢丝和GB522185铬硅弹簧钢丝三个标准合并成一个标准。标准适用于制作高、中应力弹簧用合金弹簧钢丝，钢丝缠簧成形后需经淬火回火处理才能使用。标准列出60Si2MnA、50CrVA和55CrSiA三个钢号，同时规定根据需方要求，可以供应其它牌号钢丝。钢丝一般按冷拉状态交货，成品直径5.0mm检验抗拉强度b1035Mpa，直径5.0mm钢丝检验HB302，相当于轻拉状态。生产中大规格（8.0）成品冷拉减面率不超过25%，小规格钢丝（5.0）减面率不超过30%。退火状态交货钢丝太软，极易产生死弯，缠簧时往往造成簧形不好，螺距不均。冷拉减面率偏大时钢丝太硬、缠簧时反弹大，粗簧成形困难。所以直接缠簧的

34、钢丝以轻拉状态供货最合适。对于钢丝购回还要进行冷加工（如压扁、轧成异型截面等）的用户，应推荐选用退火状态交货钢丝。为保证缠簧性能，成品钢丝进行缠绕试验，直径5.0mm钢丝在相当于钢丝直径12倍的芯棒上缠绕6圈，不得破裂和折断。脱碳和表面缺陷严重的降低弹簧疲劳寿命，必须严格控制。特别是60Si2MnA和55CrSi，含硅量较高，退火时极易脱碳。盘条球化退火和半成品再结晶退火推荐采用低温，长时间的退火工艺。如前所述，疲劳寿命要求高的弹簧，必须选用磨光钢丝，但需要分清是退火磨光还是冷拉磨光。50CrV软态钢丝磨光时磨屑极易粘附到钢丝表面，形成不规则小白点，所以尽可能采用冷拉磨光工艺，减少表面“白点”

35、。在表面质量保证条件下，夹杂含量就成为影响疲劳寿命的最重要因素，所以标准规定，需方有要求时可增加非金属夹杂物，石墨碳检验。 (2)YB/T510493油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝和YB/T510593阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝。使用油淬火回火合金弹簧钢丝制簧后,不需要再进行淬回火处理，只要象冷拉碳素弹簧钢丝一样进行消除应力处理即可使用，深受欢迎，直径14.0mm以下合金弹簧越来越多地使用这两个标准。YB/T510493分三种类别供货，A类适用于中等载荷的静态弹簧，B类适用于中等载荷，中等疲劳寿命的动态弹簧，C类适用于较高应力状态的动态簧，如汽车悬挂弹簧。YB/T510593适用于承受剧

36、烈动负荷的发动机的阀门弹簧。2 弹簧钢线材质量控制弹簧钢用线材质量控制主要包括：外形及尺寸精度，表面质量，化学成分，滨金相组织，非金属夹杂，盘重等六个方面。1995年以前，我国弹簧钢用线材几乎全部采用小电炉（20t以下）冶炼，经模铸、开坯，由复二重轧机轧成8.012.0mm线材，盘重在200kg以下。当时线材表面裂纹、折迭、耳子、包边、结疤、划伤和脱碳等缺陷非常突出，严重影响弹簧钢丝质量。小盘重、尺寸偏差大、椭圆度超标又阻碍生产效率的提高。1985前以后，我国开始引进高速线材连轧机，不久国产高速线材连轧机也正式投产。到本世纪初，我国弹簧钢用线材大都由高速线材连轧机生产，盘重在1.02.4t左右

37、，线材生产工艺流程为： 大电炉（40t）或转炉冶炼LF炉精炼VD或RH处理连铸方坯(120、135、150方) 模铸钢锭开坯（135、150方） 高速线材连轧机轧制控制冷却检查、取样打捆称重包装高速线材连轧机生产线材实现控轧控冷、无扭转轧制，部分轧机还配置了加热炉温度和气氛自动控制系统，在线探伤和在线测径装置，轧机调节余地大，控制水平高，线材尺寸精度、表面质量及脱碳有根本性好转。目前，我国弹簧钢用线材应加强控制的要点如下：3.1 冶炼质量控制（1） 减小化学成分的波动碳：碳素弹簧钢丝随碳含量的增加，抗拉强度上升（如图9-1所示），断面收缩率和延伸率下降，同批钢丝碳含量波动太大，势必造成钢丝力学

38、性能偏差增大。国外著名企业生产的弹簧钢线材碳含量波动一般不超过0.02%，部分国产弹簧钢线材碳含量波动高达0.050.06%，应严格控制在0.03%范围内。 图9-1 碳含量与钢丝力学性能的关系硅：硅溶于铁素体中能显著提高钢的屈服强度，但对冷加工工有不利影响，对靠深度冷加工强化的碳素弹簧钢丝，通常将硅含量控制在0.2%-0.4%范围内。锰：锰能细化晶粒，提高钢丝的冷加工强化速率，但增加奥氏体的稳定性，延缓索氏体转变，不利于铅淬火处理。同时锰又是炼钢最常用的脱氧剂，残余锰高的钢氧含量低，有利于提高钢丝的疲劳性能。所以高强度冷拉碳素弹簧钢丝 为保证铅淬火处理得到单一的索氏体组织，GB/T699-1

39、999规定:“铅浴淬火（派登脱）钢丝用的3585钢的锰含量为0.300.60%，65Mn和70Mn 钢的锰含量为0.701.00%”。制作动态簧用钢丝为保证疲劳性能，往往选用含锰量较高的65Mn、67B、72B和82B。铬、镍、铜：铬、镍和铜在不同程度上延缓索氏体转变，阻碍钢丝铅淬火处理时形成单一的索氏体组织。如果钢丝显微组织中含有游离铁素体，会较大幅度地降低疲劳寿命，冷拉碳素弹簧钢丝用钢对这3个元素有明确限制：Cr0.10%、Ni0.15%、Cu0.20%，以废钢作原料的电炉钢应注意控制。磷、硫：磷和硫是钢中残存元素，在弹簧钢属于非金属夹杂形成元素，应加以限制。一般说来，电炉精炼钢的磷、硫含

40、量比较低，转炉钢就应注意控制；对碳素弹簧钢丝，制作低应力、中等载荷弹簧用钢丝的磷、硫含量可适当放松，制作高应力、高载荷弹簧用钢丝的磷、硫含量要严格控制；对阀门弹簧用碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝，尤其要注重降低磷、硫含量。（2） 加大弹簧钢糈炼和脱气处理比例糈炼和脱气处理是提高弹簧钢丝品质的重要工艺措施，经LF炉糈炼的电炉钢氮含量为80120ppm，氧含量为1540ppm，氢含量为24ppm，再经VD或RH脱气处理,则氧含量可降到15ppm以下，氢含量可降到2ppm以下。相比之下，转炉钢的氮含量比电炉钢低，氧含量要比电炉钢高。氮含量低是转炉钢深冷加工性能优于电炉钢的原因。（3） 推广气体保护浇注技

41、术浇注工艺对钢的气体含量，夹杂数量和形态，钢的低倍组织：如缩孔、疏松、偏析和发纹等都有直接影响。弹簧钢浇注方式有两种：模铸钢锭和连铸钢坯。碳素弹簧钢目前以连铸钢坯为主，重要用途和特殊用途弹簧钢丝仍要求选用模铸钢坯。合金弹簧钢连铸坯因中心孔洞、疏松、增碳等缺陷很难消除，仍以模铸为主。线材中心缩孔、增碳、夹渣、翻皮及部分表面缺陷都是浇注工艺不当造成的，不管哪种浇注方式都应严格控制钢水温度，防止过热，要选用合适的保护渣。模铸还应注意开流速度和细流充填，连铸应注意运用好电磁搅拌。中心偏析是连铸方坯的典型缺陷，选用方坯尺寸越小越严重，因此生产线材应尽可能选用大方坯，一般不应小于120120mm。目前我国

42、在钢水浇注方面差距是很少采用气体保护，高纯钢水在浇注时二次氧化，吸气量大，造成钢中非金属夹杂物含量增加。为提高弹簧钢质量，冶金企业应大力推广气体保护浇注技术。3.2 注重钢坯精整现代轧机自动化控制水平高，线材无扭转轧制，造成表面缺陷的可能性比较小，大都分表面缺陷是钢坯带来的，加强钢坯质量控制已成为提高线材质量的关键环节。钢坯精整一般包含钢坯平整、表面喷丸处理、超声波探伤、磁粉探伤、钢坯修磨精整等项内容。钢坯应无缩孔、角裂、表面夹渣、龟裂深振痕等有害缺陷。3.3 线材控轧控冷 控轧控冷已成为弹簧线材轧制的常规工艺技术，控轧控冷的线材尺寸精度、椭圆度、脱碳层和表面质量均能稳定地达到GB/T4354

43、-94优质碳素钢热轧盘条和YB/T5100-93琴钢丝用盘条的要求。如控制得当线材表面氧化皮应10kg/t；显微组织索氏体率8085%，游离铁素体量1.5%；奥氏体晶粒度56级，同批料实际晶粒度差不大于1级。4 弹簧钢丝的生产技术 弹簧钢丝的生产周期长、工序多，对成品钢丝的性能要求严格，技术难度大，检验项目繁多，不同类别的弹簧钢丝，就有不同的生产工艺及技术特点。4.1 碳素弹簧钢丝的生产技术 冷拉碳素弹簧钢丝的高抗拉强度和良好的韧性是通过钢丝铅淬火后的相变强化（组织微细强化）和冷拉过程中的加工硬化获得的，其典型的生产工艺流程为：控轧控冷盘条酸洗涂层拉拔铅淬火酸洗涂层拉拔尺寸及表面检查取试料 半

44、成品 性能检验防锈处理包装入库4.1.1 碳素弹簧钢丝显微组织与拉拔性能 碳素弹簧钢丝采用等温淬火热处理，即铅淬火处理获得细小、均匀的索氏体组织。因为索氏体组织有良好的拉拔性能，能承受90%以上减面率拉拔，获得理想的力学性能。从表9-7中可以看出，具有不同显微组织的钢丝，冷加工强化能力按从小到大排列顺序依次为：珠光体铁素体、细片状珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体和下贝氏体。其中索氏体冷加工性能最好，而单一的屈氏体和上贝氏体组织尽管冷加工强化快，但能否作为冷拉组织仍需进一步探讨。因为在目前的工业生产条件下，很难获得单一的屈氏体和上贝氏体组织，往往伴随产生一定量的变态珠光体或下贝氏体组织，这两种组

45、织塑性、韧性极差，不易拉拔。而索氏体组织即是带有一定量的屈氏体或少量（5.0mm钢丝) t=60(0.8+0.18d2)（秒） 式中：d-钢丝直径 (mm) t-加热时间 (秒)4,1.2.2 钢丝铅淬火工艺的制订依据 钢丝铅淬火后的力学性能及组织状态除与加热工艺有关外，与冷却条件也密切相关，随着奥氏体过冷度的增加，形成的索氏体片间距减小，钢丝抗拉强度升高。(1)铅槽温度：铅槽温度是根据钢丝的C曲线选定的，理论上索氏体等温转变温度在500-600之间，生产中实际铅温选择在450-550之间，原因是尽管铅液具有很高的导热率，仍无法将钢丝连续运行带入的热量及钢丝相变所产生的潜热迅速地传遍整个铅池，

46、使铅槽入口处温度局部升高，钢丝周围的实际铅温往往比热电偶显示的温度高出50100。从图9-4可明显看出，在铅池入口区约1.5m的范围形成了一个非常严重的过热区，随钢丝尺寸的增大，铅槽各部位温差将增大，钢丝在铅液中的等温转变有连续冷却转变的倾向，。所以铅槽入口处有必要采取有效的冷却措施，消除铅浴过热现象。 图9-4 不同规格钢丝铅淬火时，铅液的温度分布141 线14距铅槽底部384mm； 线距铅槽底234mm。 2线1，5为5.6mm,车速0.046m/s; 线3，7为5.0mm,车速0.083m/s； 3线2，6为4.0mm,线速0.058m/s； 线4，8为3.8mm。 线速0.093m/s

47、；线温均为920。 (2)钢丝在铅液中等温分解时间： 从C曲线上看，碳素钢过冷奥氏体的分解时间约为1015秒，钢丝在铅液中的实际停留时间通常大于理论上过冷奥氏体的分解时间，目的是保证奥氏体全部分解为索氏体，防止残留奥氏体在钢丝离开铅液时转变为马氏体，造成拔丝脆断。铅槽通常为热炉长的1/21/3，随着热处理设备改造，热处理线速度的提高，铅槽有加长的趋势。4.1.2.3 影响加热和冷却的因素 (1)化学成分 碳素弹簧钢丝除碳和锰之外，其它合金元素含量较低，对加热工艺的影响可忽略不计。碳素弹簧钢丝的碳含量般在0.60.9%c之间，碳含量每增加0.1%，加热时完全奥氏体化温度下降5-10。锰对加热温度的影响与碳相同，只是影响作用比较小，但锰的过热倾向性大，含锰高的钢丝比同类不含锰的钢丝加热温度低10-30，但加热时间应适当延长（收线速度降低0.010.05m/s）。 合金元素对钢丝在铅液中的等温温度和时间有不同程度的影响，增加奥代体的稳定性的锰、铬、镍和铜均延缓奥氏体的分解。锰量增加0.03%，相当于增加0.01%的碳，碳量减少0.1%，铅温相应降低510。铬从0.02%增加到0.15%时，钢丝在铅中的分解时间将增加27秒6。总之，钢丝的在铅温度随过冷奥氏体稳定性增加，应适当降低。钢丝在铅时间随奥氏体的稳定性增加而延长。增加钢丝