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 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)、 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。

按照化学成分分类

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

一般弹簧钢可用电炉、平炉或氧气转炉生产;质量较好或具有特殊性能的优质弹簧钢,用电渣炉或真空炉炼制。弹簧钢中碳、锰、硅等主要元素的规定含量范围较窄,冶炼时必须严格控制化学成分。硅含量较高时容易形成气泡等缺陷,钢锭锻轧后冷却不当时易产生白点。因此,冶炼用的原材料必须干燥,尽量除去气体及夹杂物,而且要避免钢水过热。

弹簧钢在轧制加工中须特别注意脱碳和表面质量。钢材表面严重脱碳时,会显著降低钢的疲劳极限。对于高硅弹簧钢如70Si3MnA,应注意避免石墨化。因此,在热加工时停轧温度不应过低(≥850℃),避免在石墨化较易形成的温度范围(650~800℃)内停留时间过长。

弹簧制成后经喷丸处理能使弹簧表层产生残余压应力,以抵销表层上的部分工作应力,抑制表层裂缝的形成,这可显著提高弹簧的疲劳极限。

钢号淬火温度淬火介质硬度要求 回火温度 冷却介质 硬度要求 应用范围

65780-830 水或油 400-600 线径小于12-15mm的螺旋弹簧、弹簧垫圈

65Mn810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧

50CrV850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面较大和较重要的板簧片及螺旋弹簧

50CrV850-870 油 >58 370-420油 45-52 300C以下工作的高温弹簧

60Si2MnA860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片

可得到很高强度、硬度、屈强比,但淬透性小,耐热性不好,承受动载和疲劳载荷的能力低 应用 广泛,但多用于工作温度不高的小型弹簧或不太重要的较大弹簧。如汽车、拖拉机、铁道车辆及一般机械用的弹簧。

65Mn 成分简单,淬透性和综合力学性能、脱碳等工艺性能均比碳钢好,但对过热比较敏感,有回火脆性,淬火易出裂纹 价格较低,用量很大。制造各种小截面扁簧、圆簧、发条等,亦可制气门弹簧、弹簧环,减振器和离合器簧片、刹车簧等。

硅含量(Wsi)高(上限达2.00%)。

强度高,弹性好。抗回火稳定性好。易脱碳和石墨化。淬透性不高。

主要的弹簧钢类,用途很广。制造各种弹簧,如汽车、机车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧,汽缸安全阀簧及一些在高应力下工作的重要弹簧,磨损严重的弹簧。

55Si2MnB 因含硼,其淬透性明显改善 轻型、中型汽车的前后悬挂弹簧、副簧。

55Si2MnB 中国自行研制的钢号,淬透性、综合力学性能、疲劳性能均较60Si2Mn钢好 主要制造中、小型汽车的板簧,使用效果好,亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋弹簧。

高强度弹簧钢。淬透性高,热处理工艺性能好。因强度高,卷制弹簧后应及时处理消除内应力 制造载荷大的重要大型弹簧。60Si2CrA可制汽轮机汽封弹簧、调节弹簧、冷凝器支承弹簧、高压水泵碟形弹簧等。60Si2CrVA钢还制作极重要的弹簧,如常规武器取弹钩弹簧、破碎机弹簧。

60CrMnA 突出优点是淬透性好,另外热加工性能、综合力学性能、抗脱碳性能亦好 大截面的各种重要弹簧,如汽车、机车的大型板簧、螺旋弹簧等。

在现有各种弹簧钢中淬透性 。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。

少量钒提高弹性、强度、屈强比和弹减抗力,细化晶粒,减小脱碳倾向。碳含量较小,塑性、韧性较其他弹簧钢好。淬透性高,疲劳性能也好 各种重要的螺旋弹簧,特别适宜作工作应力振幅高、疲劳性能要求严格的弹簧,如阀门弹簧、喷油嘴弹簧、气缸胀圈、安全阀簧等。

淬透性比60CrMnA高,其他各种性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋弹簧、扭转弹簧等。

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。

传统弹簧钢的强度水平难以满足现代工业发展的要求,众所周知,弹簧钢力学性能在材料质量保证的前提下取决于热处理工艺,而热处理工艺也应根据所用材料来决定,弹簧钢高强度化的一个重要途径是充分发挥合金元素的作用,达到 佳合金化效果。

弹簧钢要求较高的强度和疲劳极限,一般在淬火+中温回火的状态下使用,以获得较高的弹性极限。热处理工艺技术对弹簧内在质量有着至关重要的影响。因此,如何进一步提高弹簧疲劳寿命,需进一步研究,尤其是化学表面改性热处理、喷丸强化等都对弹簧疲劳寿命产生重要影响。为进一步强化气门弹簧的表面强度、增加压应力、提高疲劳寿命,气门弹簧成形后,要进一步经过渗氮、低温液体碳氮共渗或硫氮共渗处理,然后经喷丸强化。例如,日本将f4mm的si-cr油淬钢丝经450℃×4.5h低温体碳氮共渗与经400℃×15min中温回火进行对比,其疲劳极限可提高240mpa。氮的渗入,不仅消除了脱碳的不良影响,而且还提高了残余压应力,同时经渗氮和低温液体碳氮共渗的气门弹簧高温强度提高,150℃时的变形量为0.2%(规定值为0.5%),250℃的变形量为0.56%,提高了气门弹簧的热稳定性和抗松弛稳定性,但渗氮和液体碳氮共渗时间应严格控制,否则会形成网状硫化物和网状氮化物,反而会降低其疲劳强度。

气门弹簧提高强度的方法还可以选择喷丸,经生产实践表面气门弹簧喷丸可用两种丸粒,一种直径为0.8mm,其显微硬度为720hv0.2,另一种直径0.25mm,其显微硬度为800hv0.2,三次喷丸可达到较好的强化效果,又可使表面质量得到改善。

碳是钢中的主要强化元素,对弹簧钢的影响往往超过其他合金元素。根据使用要求,弹簧钢材料应是中高碳的合金钢。当今世界各国普遍采用的弹簧钢,含碳量绝大部分在0.45%~0.65%。

为了克服弹簧钢强度提高后韧性和塑性降低的难题,也有降低碳含量的趋势。中国对低碳马氏体弹簧钢进行了深入的研究,如28mnsib、35mnsib等,其碳含量在0.30%左右。实践表明,这些弹簧钢可以在低温回火的板条状马氏体组织下使用,有足够强度和优良的综合力学性能,尤其是塑性、韧性极好。日本研究开发的几种高强度弹簧钢,如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等,碳含量均在0.40%左右。

合金元素在弹簧钢中的主要作用是提高力学性能、改善工艺性能及赋予某些特殊性能(如耐高温、耐蚀)等。

很多弹簧钢以硅为主要合金元素,它是对弹减抗力影响 大的合金元素,这主要是由于硅具有强烈的固溶强化作用;同时,硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大,改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态,提高钢的回火稳定性。目前,国内钢材牌号中wsi为1.8%~2.2%,是现有标准中含硅 的弹簧钢。但硅含量如果过高,将促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向,并且使冶炼困难和易形成夹杂物,因此,过高硅含量弹簧钢的使用仍需慎重。

由于铬能够显著提高钢的淬透性,阻止si-cr钢球化退火时的石墨化倾向,减少脱碳层,因此是弹簧钢中的常用合金元素,以铬为主要强化元素的弹簧钢50crv使用较广泛。

锰是提高淬透性 有效的合金元素,它溶入铁素体中有固溶性化作用。研究表明,wmn必须大于0.5%,以使淬火时弹簧钢心部完全较变为马氏体,但当wmn超过1.5%时,韧性明显下降,这在选择弹簧钢时应优先考虑的。

钼可以提高钢的淬透性,防止回火脆性,改善疲劳性能,现有标准中加钼的弹簧钢不多,加入量一般在0.4%以下。

钒是强碳化物形成元素,固态下所析出的细小弥散的mc型碳化物具有很强的沉淀强化效果。在35crmnb钢中加入0.11%v,可显著提高钢的淬透性,还发现钒能有效降低35simnb钢的脱碳敏感性,认为这与钒降低钢中有效固溶碳、防止晶粒长大和阻止晶界扩散并提高抗氧化性有关。

标准号StandardNo:GB/T 1222-2007

中文标准名称StandardTitlein Chinese:弹簧钢

英文标准名称:Springsteels

发布日期IssuanceDate:2007-08-14

实施日期ExecuteDate:2008-03-01

首次发布日期FirstIssuanceDate :1975-12-24

标准状态StandardState:现行

复审确认日期ReviewAffirmanceDate :

计划编号Plan No:20063078-T-605

代替国标号ReplacedStandard:GB/T1222-1984

被代替国标号ReplacedStandard:

废止时间RevocatoryDate:

采用国际标准号AdoptedInternationalStandard

采标名称AdoptedInternationalStandard Name:

采用程度ApplicationDegree:

采用国际标准AdoptedInternationalStandard :

国际标准分类号(ICS) :77.140.25

中国标准分类号(CCS) :H40

标准类别StandardSort:产品

标准页码NumberofPages:

标准价格(元)Price(￥) :

主管部门Governor :中国钢铁工业协会

归口单位TechnicalCommittees:全国钢标准化技术委员会

本标准规定了热轧、锻制、冷拉弹簧钢的订货内容、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书等。

本标准适用于直径或边长不大于100mm的弹簧钢圆钢和方钢(以下简称棒材)、厚度不大于40mm的弹簧钢扁钢、直径不大于25mm的弹簧钢盘条(不包括油淬-回火弹簧钢丝盘条(YB/T 5365))。经供需双方协商,也可供应直径或边长大于100mm的棒材、厚度大于40mm的扁钢和直径大于25mm的盘条。

本标准规定的牌号及化学成分也适用于钢锭、钢坯及其制品。

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可适用这些文件的 版本。凡是不注日期的引用文件,其 版本适用于本标准。

GB/T 222钢的成品化学成分允许偏差

GB/T 223.3钢铁及合金化学分析方法二安替比林甲烷磷钼酸重量法测定磷量

GB/T 223.5钢铁及合金化学分析方法还原型硅钼酸盐光度法测定酸溶硅含量

GB/T 223.11钢铁及合金化学分析方法过硫酸铵氧化容量法测定铬量

GB/T 223.13钢铁及合金化学分析方法硫酸亚铁铵滴定法测定钒含量