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简介

简介

弹簧钢指的是制造各类弹簧及其他弹性元件的专用合金钢。按性能要求、使用条件可分为普通合金弹簧钢和特殊合金弹簧钢。弹簧钢具有优良的综合性能，弹簧钢具有优良的冶金质量（高的纯洁度和均匀性）、良好的表面质量（严格控制表面缺陷和脱碳）、精确的外形和尺寸。 [1] 

弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能（特别是弹性极限、强度极限、屈强比）、抗弹减性能（即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能）、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等）。为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量（高的纯洁度和均匀性）、良好的表面质量（严格控制表面缺陷和脱碳）、精确的外形和尺寸。

根据GB/T 13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性一，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照中国习惯，弹簧钢属于特殊钢，制作弹簧钢的时候技术要求比较高，过硬的技术直接决定品质的高低。

分类

根据GB/T 13304 标准，弹簧钢按照其化学成分分为非合金弹簧钢（碳素弹簧钢）和合金弹簧钢。

碳素弹簧钢

碳素弹簧钢的碳含量（质量分数）一般在0.62%~0.90%。按照其锰含量又分为一般锰含量（质量分数） （0.50%~0.80%）如65、70、85和较高锰含量（质量分数） （0.90~1.20%），如65Mn两类。

合金弹簧钢

合金弹簧钢是在碳素钢的基础上，通过适当加入一种或几种合金元素来提高钢的力学性能、淬透性和其他性能，以满足制造各种弹簧所需性能的钢。

合金弹簧钢的基本组成系列有，硅锰弹簧钢、硅铬弹簧钢、铬锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、钨铬钒弹簧钢等。在这些系列的基础上，有一些牌号为了提高其某些方面的性能而加入了钼、钒或硼等合金元素。

此外，还从其他钢类，如优质碳素结构钢、碳素工具钢、高速工具钢、不锈钢，选择一些牌号作为弹簧用钢。

二、按照生产加工方法分类

⒈ 热轧 （锻）钢材包括热轧轧圆钢、方钢、扁钢、钢板，锻制圆钢、方钢。

⒉冷拉（轧） 钢材 包括钢丝、钢带、冷拉材 （冷拉圆钢）。

三、按照钢材交货状态分类

⒈ 热轧 （锻） 钢材

A.以热轧 （锻） 状态交货 钢材经热成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。

B.以退火状态交货 钢材经冷成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。

以上均应符合相应的交货状态硬度的规定。

⒉ 冷拉 （轧） 钢材

A.钢丝

① 盐浴等温淬火冷拉钢丝（又称派登脱处理冷拉钢丝） 钢丝制成弹簧后只需进行低温回火，以消除应力。

② 油淬火和回火钢丝 冷拉成所需尺寸后，进行连续加热、连续油淬火和铅回火。钢丝制成弹簧后只需进行底温火，以消除应力。

③ 冷拉钢丝 （即不经淬火和回火处理的钢丝）

a. 以冷拉状态交货。

b. 以退火、正火或回火处理状态交货。

以上两种状态交货的钢丝制成弹簧后均需进行淬火和回火处理。

B.钢带

① 冷轧状态交货 制成弹簧后需进行低温回火，以消除应力。

② 淬火和回火状态交货 制成弹簧后需进行低温回火，以削除应力。

③ 退火火状态交货 制成弹簧后需进行淬火和回火处理

C.冷拉钢材

以退火状态交货 钢材经冷成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。

四、其他分类方法

除以上所述外，还有一些其他分类方法，例如：

按交货条件要求不同可分为按化学成分（力学性能）交货和按淬透性交货。

按弹簧工作条件可分为承受静载荷弹簧钢、承受冲击载荷弹簧钢、耐高（低）温弹簧和耐腐蚀弹簧钢等。

工艺性能

弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等 碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。近年来，结合中国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量。

性能要求

弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等 碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。近年来，结合中国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量。

生产工艺

弹簧钢材有热轧材、冷拉钢材、冷轧钢带等。弹簧钢的冶炼是很重要的，必须保证有优良的冶金质量，不仅要保证准确的化学成分，而且要有高纯净度，硫、磷、氧、氮等含量要低，钢质均匀性、稳定性要好。弹簧钢的冶金质量应达到优质钢、高级优质钢的水平。

弹簧钢的表面质量和尺寸精度对弹簧的性能和寿命有极大的影响。因为弹簧钢材交货状态的表面除去表面喷丸强化之外不再进行加工，因而也就是成品弹簧的工作表面，原有表面上的各种缺陷也留给了弹簧。所以弹簧钢材表面要求极高，对脱碳、裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层等限制极严。各种表面缺陷会使弹簧早期破坏、缩短寿命。以圆截面的钢丝为例，成品弹簧的强度和刚度分别与钢丝直径的三次方和四次方成正比，钢丝直径的微小变化会导致弹簧性能的巨大波动，所以要严格控制钢材的外形和尺寸公差。这样，弹簧钢的加工变形（热轧、冷轧、冷拔等）就十分重要了，必须极认真地对待。

热轧弹簧钢材有圆钢、方钢、扁钢等。钢材表面质量要求较高，可以热轧态交货或者经热处理后交货，以保证硬度不超过规定值，便于制簧。热轧材可以冷态制成螺旋弹簧，对于截面尺寸较大者需加热后制成弹簧。弹簧成型后再经淬火、中温回火，回火温度约为350～550℃，以获得较高屈强比和良好的综合力学性能。

因热轧材截面尺寸较大，故应采用淬透性足够高的牌号，保证心部淬透。若心部出现非马氏体转变产物，如铁素体、贝氏体等，则回火后的性能降低，特别是疲劳性能。

冷拉（轧）弹簧钢材包括钢丝、钢带。这类钢材的表面质量和尺寸精度要求格外严格。钢丝的生产工艺有油淬火和冷拉两种。

油淬火钢丝是把钢丝冷拔到规定尺寸后再加热、油淬火和铅浴回火，故钢丝出厂时已具备所需力学性能，制成弹簧后只要回火，消除应力即可使用。优点是整批性能均匀，稳定，挺直性好，适于大批量生产，可制造各种重要弹簧，特别是阀门弹簧。牌号有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。

合金弹簧钢丝也可以冷拉态交货，或经退火、正火、回火处理后交货，制成弹簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火钢丝均匀、稳定，生产效率也低，成本高，多用于小批量弹簧生产。

此外，最近也研究了用高频感应加热处理高强度弹簧钢丝的工艺。冷拉钢丝在连续感应加热装置上进行淬火和回火，其内部组织均匀、细小，塑性和韧性以及弹减抗力、疲劳极限、断裂韧性等都明显优于常规处理的钢丝。这种钢丝在美国、日本都已有生产，制造汽车、摩托车的悬挂弹簧、发动机阀门弹簧，卡车、拖车等的紧急制动弹簧及各种高强度机械弹簧，使用效果令人满意。另外，感应加热处理在弹簧扁钢生产上也得到应用。

还有一种钢丝生产工艺，即铅浴等温淬火。钢材奥氏体化后在铅浴中等温，生成细小珠光体组织，然后冷拉到规定尺寸。通过调整钢中碳含量和冷变形量控制钢丝的力学性能，制簧后不需热处理，只要消除加工应力即可使用。应用这种工艺生产的都是碳素钢钢丝，但也有少数合金钢（如65Mn）钢丝。

冷轧弹簧钢带一般也是冷轧或再经退火后供货，制成弹簧后再淬火回火处理，或仅回火以消除加工应力。

热处理规范

在现有各种弹簧钢中淬透性最高。力学性能、抗回火稳定性等亦好 大型土木建筑、重型车辆、机械等使用的超大型弹簧。钢板厚度可达35mm以上，圆钢直径可超过60mm。

高强度耐热弹簧钢。淬透性很好。高温抗松弛和热加工性能也很好 工作温度500~C以下的耐热弹簧，如汽轮机主蒸汽阀弹簧、汽封弹簧片、锅炉安全阀弹簧、400t锅炉碟形阀弹簧等。

化学成分：

C：0.42~0.50   

Si:1.50~1.80   

Mn:0.50~0.80    

P≤0.050    

S≤0.050  

其它-N0.007

力学性能：

尺寸范围mm：扁钢14   圆钢12

淬火回火后的力学性能（不小于）：

抗拉强度σb (MPa)：≥1180~1370

屈服强度σs (MPa)：≥1030

伸长率δ10 (%)：≥6

断面收缩率ψ (%)：-

硬度：≥21

热加工与热处理：

热加工温度：1100~850

弹簧热成型温度：900~830

热处理温度：

退火：640~680  

正火：850~880   

淬火：830~860水  

回火：430~500 

退火硬度≤230