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彈簧鋼現狀和發展方向

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彈簧鋼現狀和發展方向

發布日期:2018-01-11 作者: 點擊:

彈簧鋼主要用于汽車、發動機制造業以及鐵路行業。目前,中國彈簧鋼產品存在的問題是,中低端產品過剩,高端及特殊品種缺乏;中國彈簧鋼在純凈度、抗疲勞性、表面質量以及質量穩定性等方面與國外存在較大差距,無法滿足高檔乘用車懸架簧、氣門彈簧、鐵路及重載貨車專用彈簧等對彈簧鋼性能的要求。中國高檔次及深加工彈簧鋼仍然依賴進口。進口品種主要為轎車用彈簧鋼、鐵道用彈簧圓鋼、油泵閥門彈簧鋼絲等。

雖然降低鋼中氧及夾雜物含量是獲得純凈鋼的一種途徑,但是要想得到零夾雜的彈簧鋼比較困難,為此有研究者提出了氧化物冶金技術,這是一種有效的晶粒細化的方法,是實現鋼鐵材料強度與韌性成倍提高的最有效方法。它利用鋼中細小彌散的高熔點非金屬夾雜物,主要是氧化物、硫化物以及氮化物,作為晶內鐵素體的形核核心,從而起到細化晶粒的作用。國內外已經對Ti、Zr氧化物體系做了系統的研究,認為含鈦氧化物是最理想的。在奧氏體晶粒內鈦的氧化物質點成為針狀鐵素體有效形核地點,促進晶內鐵素體形成。但是,由于鋼種成分的限制,鈦氧化物冶金的推廣受到了限制。最近幾年開始對稀土元素進行研究,可以利用稀土元素的強脫氧脫硫能力及產物熔點高的特點來研究稀土氧化物對鋼材性能的影響。

汽車行業對懸簧強度的要求越來越高,設計應力提高到1100-1200MPa,為此日本開發出添加合金來提高強度和提高耐腐蝕疲勞強度的鋼材。中國彈簧鋼無法滿足高檔乘用車懸架簧用鋼性能需求,強度1200MPa及以上懸架彈簧產品用彈簧鋼全部依賴進口。然而,近年來,為規避資源風險、降低成本和實現原材料的全球化供給,強烈要求使用標準鋼(SAE9254)維持高強度,而且強烈要求提高鋼的韌性,因此越來越多地采用噴丸硬化處理取代處理費用高的表面硬化熱處理。噴丸硬化處理將壓縮殘余應力作用于表面,可提高抗疲勞強度,減小表面缺陷的影響程度,因此近年來將它視為表面處理不可或缺的技術。隨著表面強化技術的發展,懸簧的設計應力也達到了1200MPa級。預計今后對高強度懸簧用鋼的強度、韌性和耐腐蝕性及耐用性的要求將越來越高。未來,隨著汽車輕量化,發展高強度、優良抗彈減性能和抗疲勞性能的汽車懸架用彈簧鋼是提高中國高端裝備零部件自主配套能力、有效替代進口的必然趨勢。

所有彈簧產品中,氣門彈簧對材料要求最為嚴格,特別是高應力及異型截面氣門彈簧對材料要求近乎苛刻。例如,要求抗拉強度達到2000MPa;對氧化物、硫化物的夾雜物等級要求均達到0級;異型截面材料對曲率、長短軸等有特殊要求。目前,國外氣門彈簧專用彈簧鋼生產主要集中在日本、韓國、瑞典,生產企業有日本鈴木、三興、住友、神鋼鋼線、韓國KisWire、瑞典Garphyttan等,幾乎壟斷了中國全部異型截面和高應力氣門彈簧鋼市場。2000年以后,隨著新型發動機的開發,對發動機的旋轉速度和輕量化、緊湊化的要求越來越高,因此日本開始采用2100-2200MPa的OT鋼絲。在此情況下,不僅要調整合金成分,還要對現有制造工藝進行改進,低溫彌散硬化成為必不可少的工藝。然而,低溫彌散硬化后的彈簧形狀發生變化,為了提高形狀和尺寸的控制精度,控制整個制造工序中的形狀變化的技術開始引人關注。

未來,為滿足高端彈簧基礎零部件國產化的發展需求,應不斷開發高性能彈簧鋼產品,一方面是向高強度方向發展,要求在高應力下同時提高疲勞壽命和抗松弛性能;另一方面是向功能性方向發展,根據不同的用途,要求具有耐蝕性、非磁性、導電性、耐磨性、耐熱性等。

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