彈簧鋼的現(xiàn)狀和發(fā)展方向彈簧鋼主要用于汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)制造和鐵路行業(yè)。目前,我國(guó)彈簧鋼產(chǎn)品存在的問(wèn)題是中低端產(chǎn)品過(guò)多,高端和特殊品種缺乏。我國(guó)彈簧鋼在純度、抗疲勞性、表面質(zhì)量和質(zhì)量穩(wěn)定性方面與國(guó)外有很大差距,不能滿足高檔客車懸架彈簧、氣門彈簧、鐵路專用彈簧和重型貨車等彈簧鋼的性能要求。
中國(guó)高檔深加工彈簧鋼仍依賴進(jìn)口,進(jìn)口品種主要有汽車用彈簧鋼、鐵路用彈簧圓鋼、油泵和閥門用彈簧鋼絲等。
雖然降低鋼中氧和夾雜物的含量是獲得純凈鋼的一種方法,但是很難獲得零夾雜物的彈簧鋼。因此,一些研究者提出了氧化物冶金技術(shù),這是一種有效的晶粒細(xì)化方法,也是實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料強(qiáng)度和韌性多重提高的最有效方法。它利用鋼中細(xì)小分散的高熔點(diǎn)非金屬夾雜物,主要是氧化物、硫化物和氮化物,作為晶內(nèi)鐵素體的形核核心,從而起到晶粒細(xì)化的作用。
國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦鋯氧化物體系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,氧化鈦被認(rèn)為是最理想的。
奧氏體晶粒中的鈦氧化物顆粒成為針狀鐵素體的有效成核點(diǎn),促進(jìn)晶粒內(nèi)鐵素體的形成。 然而,由于鋼級(jí)成分的限制,氧化鈦冶金的推廣受到限制。
近年來(lái),稀土元素的研究已經(jīng)開(kāi)始,利用稀土元素強(qiáng)的脫氧脫硫能力和產(chǎn)品的高熔點(diǎn),可以研究稀土氧化物對(duì)鋼性能的影響。
汽車行業(yè)對(duì)懸架彈簧的強(qiáng)度要求越來(lái)越高,設(shè)計(jì)應(yīng)力增加到1100-1200兆帕。因此,日本開(kāi)發(fā)了添加合金的鋼材,以提高強(qiáng)度和耐腐蝕疲勞強(qiáng)度。
我國(guó)彈簧鋼不能滿足高檔客車懸架彈簧鋼的性能要求。用于懸掛彈簧產(chǎn)品的彈簧鋼,強(qiáng)度為1200兆帕,最重要的是依賴進(jìn)口。
然而,近年來(lái),為了避免資源風(fēng)險(xiǎn),降低成本,實(shí)現(xiàn)原材料的全球供應(yīng),強(qiáng)烈要求使用標(biāo)準(zhǔn)鋼(SAE9254)來(lái)保持高強(qiáng)度,同時(shí)也強(qiáng)烈要求提高鋼的韌性。因此,噴丸處理越來(lái)越多地被用來(lái)代替具有高處理成本的表面硬化熱處理。
噴丸通過(guò)對(duì)表面施加殘余壓應(yīng)力,可以提高抗疲勞強(qiáng)度,降低表面缺陷的影響程度,因此近年來(lái)被認(rèn)為是表面處理不可缺少的技術(shù)。
隨著表面強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展,懸架彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力也達(dá)到了1200兆帕的水平。
預(yù)計(jì)未來(lái)對(duì)高強(qiáng)度懸架彈簧鋼的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性和耐久性的要求將越來(lái)越高。未來(lái),隨著汽車重量的減輕,開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度、優(yōu)異的抗彈性和抗疲勞性能的汽車懸架用彈簧鋼是提高我國(guó)高端設(shè)備零部件自支撐能力、有效替代進(jìn)口的必然趨勢(shì)。在所有彈簧產(chǎn)品中,氣門彈簧對(duì)材料的要求最嚴(yán)格,尤其是對(duì)于高應(yīng)力和異形截面氣門彈簧。
例如,拉伸強(qiáng)度要求達(dá)到2000兆帕;;氧化物和硫化物的夾雜物等級(jí)要求達(dá)到0級(jí)。特殊型材對(duì)曲率、長(zhǎng)軸和短軸等有特殊要求。
目前,國(guó)外氣門彈簧專用彈簧鋼的生產(chǎn)主要集中在日本、韓國(guó)和瑞典。生產(chǎn)企業(yè)包括鈴木、三星、住友、新鋼、韓國(guó)金線、瑞典嘉菲丹等。他們幾乎壟斷了中國(guó)所有異形型材和高應(yīng)力閥門彈簧鋼市場(chǎng)。
2000年以后,隨著新型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、重量和緊湊性的要求越來(lái)越高,因此日本開(kāi)始使用2100-2200兆帕的OT鋼絲。
在這種情況下,不僅應(yīng)該調(diào)整合金成分,而且應(yīng)該改進(jìn)現(xiàn)有的制造工藝,并且低溫分散硬化成為必要的工藝。
然而,彈簧的形狀在低溫分散硬化后發(fā)生變化。為了提高形狀和尺寸的控制精度,在整個(gè)制造過(guò)程中控制形狀變化的技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始受到關(guān)注。
未來(lái),為了滿足高端彈簧基礎(chǔ)部件國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展需求,高性能彈簧鋼產(chǎn)品應(yīng)不斷發(fā)展。一方面,它正朝著高強(qiáng)度方向發(fā)展,要求提高高應(yīng)力下的疲勞壽命和抗松弛性能。另一方面,它正在向功能性發(fā)展。根據(jù)不同的用途,它要求耐腐蝕性、非磁性、導(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性等。