彈簧鋼（專(zhuān)門(mén)用于制造彈性元件的鋼）
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基本信息
| 中文名 | 彈簧鋼 |
| 外文名 | Springsteels |
| 類(lèi)別 | |
| 定義 | 專(zhuān)門(mén)用于制造彈簧和彈性元件的鋼 |
| 中國分類(lèi)號 | H40 |
| 學(xué)科 | 金屬材料 |
| 國際分類(lèi)號 | 77.140.25 |
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定義
彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性，而專(zhuān)門(mén)用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規定的范圍之內，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現永久變形。彈簧鋼應具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能（特別是彈性極限、強度極限、屈強比）、抗彈減性能（即抗彈性減退性能，又稱(chēng)抗松弛性能）、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能（耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等）。為了滿(mǎn)足上述性能要求，彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質(zhì)量（嚴格控制表面缺陷和脫碳）、精確的外形和尺寸。
分類(lèi)
一、按照化學(xué)成分分類(lèi)
根據GB/T 13304 標準，彈簧鋼按照其化學(xué)成分分為非合金彈簧鋼（碳素彈簧鋼）和合金彈簧鋼。
碳素彈簧鋼
碳素彈簧鋼的碳含量（質(zhì)量分數）一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量（質(zhì)量分數） （0.50%~0.80%）如65、70、85和較高錳含量（質(zhì)量分數） （0.90~1.20%），如65Mn兩類(lèi)。
合金彈簧鋼
合金彈簧鋼的基本組成系列有，硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎上，有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素。
二、按照生產(chǎn)加工方法分類(lèi)
三、按照鋼材交貨狀態(tài)分類(lèi)
⒈ 熱軋（鍛）鋼材
A.以熱軋（鍛）狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)熱成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。
B.以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。
以上均應符合相應的交貨狀態(tài)硬度的規定。
⒉ 冷拉（軋）鋼材
A.鋼絲
① 鹽浴等溫淬火冷拉鋼絲（又稱(chēng)派登脫處理冷拉鋼絲）鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行低溫回火，以消除應力。
② 油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后，進(jìn)行連續加熱、連續油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行底溫火，以消除應力。
③ 冷拉鋼絲（即不經(jīng)淬火和回火處理的鋼絲）
a. 以冷拉狀態(tài)交貨。
b. 以退火、正火或回火處理狀態(tài)交貨。
以上兩種狀態(tài)交貨的鋼絲制成彈簧后均需進(jìn)行淬火和回火處理。
B.鋼帶
① 冷軋狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以消除應力。
② 淬火和回火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以削除應力。
③ 退火火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行淬火和回火處理
C.冷拉鋼材
以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。
四、其他分類(lèi)方法
除以上所述外，還有一些其他分類(lèi)方法，例如：
按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高（低）溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。
性能要求
彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(cháng)期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái)，結合中國資源，并根據汽車(chē)、拖拉機設計新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(cháng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。
生產(chǎn)工藝
彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的，必須保證有優(yōu)良的冶金質(zhì)量，不僅要保證準確的化學(xué)成分，而且要有高純凈度，硫、磷、氧、氮等含量要低，鋼質(zhì)均勻性、穩定性要好。彈簧鋼的冶金質(zhì)量應達到優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼的水平。
彈簧鋼的表面質(zhì)量和尺寸精度對彈簧的性能和壽命有極大的影響。因為彈簧鋼材交貨狀態(tài)的表面除去表面噴丸強化之外不再進(jìn)行加工，因而也就是成品彈簧的工作表面，原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表面要求極高，對脫碳、裂紋、折疊、結疤、夾雜、分層等限制極嚴。各種表面缺陷會(huì )使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截面的鋼絲為例，成品彈簧的強度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比，鋼絲直徑的微小變化會(huì )導致彈簧性能的巨大波動(dòng)，所以要嚴格控制鋼材的外形和尺寸公差。這樣，彈簧鋼的加工變形（熱軋、冷軋、冷拔等）就十分重要了，必須極認真地對待。
熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表面質(zhì)量要求較高，可以熱軋態(tài)交貨或者經(jīng)熱處理后交貨，以保證硬度不超過(guò)規定值，便于制簧。熱軋材可以冷態(tài)制成螺旋彈簧，對于截面尺寸較大者需加熱后制成彈簧。彈簧成型后再經(jīng)淬火、中溫回火，回火溫度約為350～550℃，以獲得較高屈強比和良好的綜合力學(xué)性能。
冷拉（軋）彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類(lèi)鋼材的表面質(zhì)量和尺寸精度要求格外嚴格。鋼絲的生產(chǎn)工藝有油淬火和冷拉兩種。
油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規定尺寸后再加熱、油淬火和鉛浴回火，故鋼絲出廠(chǎng)時(shí)已具備所需力學(xué)性能，制成彈簧后只要回火，消除應力即可使用。優(yōu)點(diǎn)是整批性能均勻，穩定，挺直性好，適于大批量生產(chǎn)，可制造各種重要彈簧，特別是閥門(mén)彈簧。牌號有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。
合金彈簧鋼絲也可以冷拉態(tài)交貨，或經(jīng)退火、正火、回火處理后交貨，制成彈簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩定，生產(chǎn)效率也低，成本高，多用于小批量彈簧生產(chǎn)。
此外，最近也研究了用高頻感應加熱處理高強度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續感應加熱裝置上進(jìn)行淬火和回火，其內部組織均勻、細小，塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優(yōu)于常規處理的鋼絲。這種鋼絲在美國、日本都已有生產(chǎn)，制造汽車(chē)、摩托車(chē)的懸掛彈簧、發(fā)動(dòng)機閥門(mén)彈簧，卡車(chē)、拖車(chē)等的緊急制動(dòng)彈簧及各種高強度機械彈簧，使用效果令人滿(mǎn)意。另外，感應加熱處理在彈簧扁鋼生產(chǎn)上也得到應用。
還有一種鋼絲生產(chǎn)工藝，即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化后在鉛浴中等溫，生成細小珠光體組織，然后冷拉到規定尺寸。通過(guò)調整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學(xué)性能，制簧后不需熱處理，只要消除加工應力即可使用。應用這種工藝生產(chǎn)的都是碳素鋼鋼絲，但也有少數合金鋼（如65Mn）鋼絲。
冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經(jīng)退火后供貨，制成彈簧后再淬火回火處理，或僅回火以消除加工應力。
熱處理規范
應用實(shí)例
1. 65 、70 、85鋼號
可得到很高強度、硬度、屈強比，但淬透性小，耐熱性不好，承受動(dòng)載和疲勞載荷的能力低 應用非常廣泛，但多用于工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車(chē)、拖拉機、鐵道車(chē)輛及一般機械用的彈簧。
65Mn 成分簡(jiǎn)單，淬透性和綜合力學(xué)性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好，但對過(guò)熱比較敏感，有回火脆性，淬火易出裂紋 價(jià)格較低，用量很大。制造各種小截面扁簧、圓簧、發(fā)條等，亦可制氣門(mén)彈簧、彈簧環(huán)，減振器和離合器簧片、剎車(chē)簧等。
硅含量（Wsi）高（上限達2.00%）。
強度高，彈性好?？够鼗鸱€定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高。
主要的彈簧鋼類(lèi)，用途很廣。制造各種彈簧，如汽車(chē)、機車(chē)、拖拉機的板簧、螺旋彈簧，汽缸安全閥簧及一些在高應力下工作的重要彈簧，磨損嚴重的彈簧。
55Si2MnB 因含硼，其淬透性明顯改善 輕型、中型汽車(chē)的前后懸掛彈簧、副簧。
55Si2MnB 中國自行研制的鋼號，淬透性、綜合力學(xué)性能、疲勞性能均較60Si2Mn鋼好 主要制造中、小型汽車(chē)的板簧，使用效果好，亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋彈簧。
3. 60Si2CrA 60Si2CrVA
高強度彈簧鋼。淬透性高，熱處理工藝性能好。因強度高，卷制彈簧后應及時(shí)處理消除內應力 制造載荷大的重要大型彈簧。60Si2CrA可制汽輪機汽封彈簧、調節彈簧、冷凝器支承彈簧、高壓水泵碟形彈簧等。60Si2CrVA鋼還制作極重要的彈簧，如常規武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧。
4. 55CrMnA
60CrMnA 突出優(yōu)點(diǎn)是淬透性好，另外熱加工性能、綜合力學(xué)性能、抗脫碳性能亦好 大截面的各種重要彈簧，如汽車(chē)、機車(chē)的大型板簧、螺旋彈簧等。
5. 60CrMnMoA
在現有各種彈簧鋼中淬透性最高。力學(xué)性能、抗回火穩定性等亦好 大型土木建筑、重型車(chē)輛、機械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達35mm以上，圓鋼直徑可超過(guò)60mm。
6. 50CrVA
少量釩提高彈性、強度、屈強比和彈減抗力，細化晶粒，減小脫碳傾向。碳含量較小，塑性、韌性較其他彈簧鋼好。淬透性高，疲勞性能也好 各種重要的螺旋彈簧，特別適宜作工作應力振幅高、疲勞性能要求嚴格的彈簧，如閥門(mén)彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈、安全閥簧等。
7. 60CrMnBA
8. 30W4Cr2VA
國家標準
基本信息
彈簧鋼
中文標準名稱(chēng)StandardTitlein Chinese：彈簧鋼
英文標準名稱(chēng)：Springsteels
發(fā)布日期IssuanceDate：2007-08-14
實(shí)施日期ExecuteDate：2008-03-01
首次發(fā)布日期FirstIssuanceDate ：1975-12-24
標準狀態(tài)StandardState：現行
復審確認日期ReviewAffirmanceDate ：
計劃編號Plan No：20063078-T-605
代替國標號ReplacedStandard：GB/T1222-1984
被代替國標號ReplacedStandard:
廢止時(shí)間RevocatoryDate:
采用國際標準號AdoptedInternationalStandard
采標名稱(chēng)AdoptedInternationalStandard Name：
采用程度ApplicationDegree：
采用國際標準AdoptedInternationalStandard ：
國際標準分類(lèi)號（ICS） ：77.140.25
標準類(lèi)別StandardSort：產(chǎn)品
標準頁(yè)碼NumberofPages:
標準價(jià)格（元）Price（￥） :
主管部門(mén)Governor ：中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )
歸口單位TechnicalCommittees：全國鋼標準化技術(shù)委員會(huì )
范圍
本標準規定了熱軋、鍛制、冷拉彈簧鋼的訂貨內容、尺寸、外形、重量及允許偏差、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志和質(zhì)量證明書(shū)等。
本標準適用于直徑或邊長(cháng)不大于100mm的彈簧鋼圓鋼和方鋼（以下簡(jiǎn)稱(chēng)棒材）、厚度不大于40mm的彈簧鋼扁鋼、直徑不大于25mm的彈簧鋼盤(pán)條（不包括油淬－回火彈簧鋼絲盤(pán)條（YB/T 5365））。經(jīng)供需雙方協(xié)商，也可供應直徑或邊長(cháng)大于100mm的棒材、厚度大于40mm的扁鋼和直徑大于25mm的盤(pán)條。
引用文件
下列文件中的條款通過(guò)本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協(xié)議的各方研究是否可適用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。
GB/T 222鋼的成品化學(xué)成分允許偏差
研究進(jìn)展
傳統彈簧鋼的強度水平難以滿(mǎn)足現代工業(yè)發(fā)展的要求，眾所周知，彈簧鋼力學(xué)性能在材料質(zhì)量保證的前提下取決于熱處理工藝，而熱處理工藝也應根據所用材料來(lái)決定，彈簧鋼高強度化的一個(gè)重要途徑是充分發(fā)揮合金元素的作用，達到最佳合金化效果。
熱處理
彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對彈簧內在質(zhì)量有著(zhù)至關(guān)重要的影響。因此，如何進(jìn)一步提高彈簧疲勞壽命，需進(jìn)一步研究，尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步強化氣門(mén)彈簧的表面強度、增加壓應力、提高疲勞壽命，氣門(mén)彈簧成形后，要進(jìn)一步經(jīng)過(guò)滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經(jīng)噴丸強化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)400℃×15min中溫回火進(jìn)行對比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應力，同時(shí)經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門(mén)彈簧高溫強度提高，150℃時(shí)的變形量為0.2%（規定值為0.5%），250℃的變形量為0.56%，提高了氣門(mén)彈簧的熱穩定性和抗松弛穩定性，但滲氮和液體碳氮共滲時(shí)間應嚴格控制，否則會(huì )形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物，反而會(huì )降低其疲勞強度。
氣門(mén)彈簧提高強度的方法還可以選擇噴丸，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表面氣門(mén)彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，其顯微硬度為720hv0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800hv0.2，三次噴丸可達到較好的強化效果，又可使表面質(zhì)量得到改善。
合金化
碳是鋼中的主要強化元素，對彈簧鋼的影響往往超過(guò)其他合金元素。根據使用要求，彈簧鋼材料應是中高碳的合金鋼。當今世界各國普遍采用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%。
為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。中國對低碳馬氏體彈簧鋼進(jìn)行了深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。實(shí)踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，尤其是塑性、韌性極好。日本研究開(kāi)發(fā)的幾種高強度彈簧鋼，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。
合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學(xué)性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能（如耐高溫、耐蝕）等。
很多彈簧鋼以硅為主要合金元素，它是對彈減抗力影響最大的合金元素，這主要是由于硅具有強烈的固溶強化作用；同時(shí)，硅能抑制滲碳體在回火過(guò)程中的晶核形成和長(cháng)大，改變回火時(shí)析出碳化物的數量、尺寸和形態(tài)，提高鋼的回火穩定性。目前，國內鋼材牌號中wsi為1.8%～2.2%，是現有標準中含硅最高的彈簧鋼。但硅含量如果過(guò)高，將促進(jìn)鋼在軋制和熱處理過(guò)程中的脫碳和石墨化傾向，并且使冶煉困難和易形成夾雜物，因此，過(guò)高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重。
錳是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明，wmn必須大于0.5%，以使淬火時(shí)彈簧鋼心部完全較變?yōu)轳R氏體，但當wmn超過(guò)1.5%時(shí)，韌性明顯下降，這在選擇彈簧鋼時(shí)應優(yōu)先考慮的。
鉬可以提高鋼的淬透性，防止回火脆性，改善疲勞性能，現有標準中加鉬的彈簧鋼不多，加入量一般在0.4%以下。
釩是強碳化物形成元素，固態(tài)下所析出的細小彌散的mc型碳化物具有很強的沉淀強化效果。在35crmnb鋼中加入0.11%v，可顯著(zhù)提高鋼的淬透性，還發(fā)現釩能有效降低35simnb鋼的脫碳敏感性，認為這與釩降低鋼中有效固溶碳、防止晶粒長(cháng)大和阻止晶界擴散并提高抗氧化性有關(guān)。
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制造彈簧和彈性元件的鋼—彈簧鋼
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