发达国家弹簧钢的现状和发展趋势（一）

 1.弹簧钢的产量
    弹簧钢的60％以上用于汽车工业，日本1988年汽车和摩托车用弹簧钢所点份额为64.9%。表6是代表弹簧钢生产先进水平的日本近年来弹簧钢产量。由于受日元升值、汽车产量下降的影响，弹簧钢的产量也伴随着需求的下降而降低。品种以扁钢为主，还有圆钢、钢丝和板带，其中板带占11％，钢丝占13％。
                           表6  日本弹簧钢的近年产量(万吨)

2. 弹簧钢的钢种结构
2.1 弹簧钢向高性能和经济性方向发展
    目前国外轿车螺旋悬挂弹簧已开始普遍采用设计应力为110―120kgf/mm2的新一代弹簧钢。这种弹簧钢将是今后汽车用弹簧钢的主流。
      影响弹簧设计应力的两个最主要因素是抗疲劳性能和抗弹减性能，因而这两个因素成为当今弹簧钢研究和发展的主题。目前弹簧钢钢种的发展趋势是向经济性和高性能化方向发展， 新一代超高强度弹簧钢具有以下特征： ①超高强度[UTS≥1960MPa(200kgf／mm2)、HRC≥53]；②高的疲劳强度和耐腐蚀疲劳性能：③优良的耐弹减性能；④良好的经济性。采取的途径有二：(1)新型钢种的研究开发。一方面通过优化现有弹簧钢的合金元素含量并添加微合金化元素；另一方面借鉴航空用超高强度钢的经验，将碳含量降低并添加V和Nb等。(2)新型热加工和热处理工艺的研究开发。在现有钢种基本不变的情况下，通过形变热处理、感应热处理及在线热处理等工艺的研究开发，在充分保证经济性的前提下实现超高强度化。目前国外形变热处理和感应热处理工艺已开始用于实际生产，在线热处理工艺正在研究开发。 
        汽车弹簧设计应力不断提高，在钢种不变情况下，疲劳寿命会不断下降，做为热成型悬挂弹簧钢，日本过去大量使用的SUP6(Si-Mn钢)在882MPa下使用已达极限应力值。从1978年起使用含硅较高的SUP7(Si-Mn钢)来替代，设计应力提高到980MPa，使弹簧减重约20％。同时轿车悬挂螺旋弹簧逐渐由热成型改为冷成型，所用钢丝由SUP6改用SUP7或SUPl2(Si-Cr钢)，钢丝的强度极限达1764-1960MPa。为了改善弹减抗力，开发了以Si-Mn钢为基础，添加钒和铌细化晶粒和碳氮化物沉淀硬化的新钢，设计应力可达1078MPa。日本和韩国分别在91年和96年还先后成功地研究开发了设计应力世界第一的1300MPa级UHS2000、ND250S(RK360)等新型弹簧钢，并已在多个车型上试用。
    美国弹簧钢的种类较多，经常使用的钢号是9260、9254、6150、5160，尤以5160(H)和9260应用最广。许多年来5160是美国螺旋悬架弹簧钢的主要钢种，当对抗弹减性能要求较高时，选用了9260钢。人们早已知道抗弹减性能与钢中的硅含量成正比，然而硅促进铁素体的形成(脱碳)。出于这样的考虑，开发应用了9259钢，其硅含量中等，具有良好的抗弹减性能。目前9259弹簧钢是北美的主要螺旋悬架弹簧钢。由于9254钢比9259钢的硅含量高，可提供更好的抗弹减性能，北美油回火钢丝工业多年未采用9254钢生产所有的冷卷弹簧，日本同样采用9254钢生产  热卷悬架弹簧。9254钢在北美和日本的用量正在逐步增大。
      任何一个螺旋悬架弹簧都要经历淬火和回火处理而得到马氏体组织，硬度一般在HRC48―51范围内。弹簧在工作状态时承受剪切应力，弹簧表面的工作应力最大，从而对表面的缺陷十分敏感。弹簧表面经喷丸处理后得到压应力，这样表面的压应力最大，从而内部缺陷成为断裂的根源。钢的疲劳强度随着强度的增高而增大，但是当钢的强度达到一定时，疲劳强度与强度的直线关系存在与否取决于钢中夹杂物的存在。此时夹杂物的存在将降低钢的疲劳强度，因此控制钢中夹杂物的组成、形态和分布成为高强度弹簧钢生产的重点。
      从汽车减重出发，在过去的十年中，美国数个公司独立研究开发了微合金超高强度弹簧钢。与上述的目前常用弹簧钢相比，微合金超高强度弹簧钢的抗拉强度可达2000MPa，同时疲劳寿命和抗弹减性能保持不变或更好。结果是在成本提高不多的前提下，获得了减重和节省空间的效果。微合金超高强度弹簧钢的目标是在正常的热卷／冷卷工艺下满足下列要求：
       1、硬度为HRC52--55时具有良好的塑性；
      2、较目前的钢种有相同／更好的疲劳性能； 
      3、较目前的钢种有相同／更好的抗弹减性能。
      研究开发微合金超高强度弹簧钢的思路有两种：一是在现在的9259钢或9254钢中添加微合金元素，如92V54钢[6]；另一各是借鉴航空用超高强度钢的经验，将碳含量降低并添加钒和铌，如92V45钢。微合金超高强度弹簧钢与基础的9259钢相比，减轻弹簧重量达16%。
    对于钢板弹簧用钢，近年来在增加设计应力，提高弹簧寿命和可靠性方面的要求有所增加，但没有推出新的钢种。由于炉外精炼的飞速发展，国外目前的超纯净钢已能满足这方面的要求。
      汽车和摩托车用阀门弹簧钢丝有SWP-V、SWO-V(碳素钢)、SWOCV-V(Cr-V钢)、SWOSC-V(Si-Cr钢)，随着发动机转数增加及伴之的工作温度升高，耐疲劳，耐热性优良的阀门弹簧用SWOSC-V(Si-er钢)油淬火钢丝用量不断增加。
       弹簧钢中的高碳含量不但对塑性、韧性、成形性和脱碳性等不利，对抗弹减性也无益处。因此，开发碳含量较低的弹簧钢引起了人们的兴趣。大同特殊钢的RK360或ND250S可在1176MPa以上设计应力条件下使用。
      在新钢种开发中，除了应重视耐疲劳性能，抗弹减性能和淬透性，还应重视耐蚀性能。在冬季，寒冷地区常采用撒盐去除公路上的积雪。这种雪水喷浅到悬架弹簧上，使悬架弹簧表面出现腐蚀坑和裂纹，在应力作用下会导致腐蚀疲劳破坏。因而应重视这些地区使用的悬架弹簧的表面腐蚀问题，特别要提高弹簧钢的耐腐蚀疲劳性能。表7是国外近来开发的耐腐蚀疲劳的高强度悬挂弹簧钢。

                         表7  耐腐蚀疲劳高强度悬挂弹簧钢

2.2 采用新技术和新工艺充分发挥现有弹簧钢的潜力
      国外现有弹簧钢钢号比较齐全，力学性能、淬透性和疲劳性能等基本上可以满足目前的生产和使用要求。在日本弹簧钢总产量中，Si-Mn系(SUP6、SUP7）和Mn-Cr系(SUP9、SUP9A)的产量约占80％以上，它们几乎各占总产量的50％和40％。目前，国外除开发新钢种满足提高的性能指标外，注意力正集中在如何充分发挥现有弹簧钢的潜力上，如改进生产工艺、采用新技术、对成分进行某些调整等，进一步提高其性能，扩大应用范围.