弹簧钢生产技术概述
2008-04-10 12:46:10 阅读399 评论0 字号：大中小
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| 弹簧是一种弹性元件，是十分重要的机械零件。它具有刚性小、弹性大、容易产生弹性变形等特征。在机械中弹簧的这一特征起到了如下作用：①控制机构的运动；②减振和缓冲；③储存及输出能量；④测量力的大小。弹簧被广泛的应用在国防、工业、农业和日常生活中，因此，弹簧种类较多。按照所承受的载荷不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；而按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板簧和盘簧等。 用以制造弹簧的钢材，统称弹簧钢。当前用于制造弹簧的钢材包括碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈、耐热钢以及合金工具钢和高速工具钢等钢种，通常所说的弹黄钢是指碳素弹簧钢和合金弹簧钢。碳素弹簧钢的碳含量一般在0.62％～0.90％。按照其锰含量又分为一般锰含量(0.50％～0.80％，如65、70、85)和较高锰含量(0.90～1.20％，如65Mn)两类。合金弹簧钢包括Si-Mn系(60Si2Mn，相当于美国的9260、日本的SUP6、SUP7、德国的60SiCr7)；Cr-Mn系(55CrMnA，相当于美国的5155、日本的SUP9、德国的55Cr3)；Cr-V系(50CrVA，相当于美国的6150、日本的SUPl0、德国的50CrV4)；CrMnB系(60CrMnBA，相当于美国的51860、日本的SUPllA)等。 弹簧主要是在往复、交变动载荷及恶劣的环境条件(如振动、冲击、拉伸、压缩、扭转、弯曲、腐蚀等)使用，因此要求弹簧钢具有下述性能：良好的力学性能，是指高的抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、韧性以及弹性极限、比例极限等。但要同时保证其所有性能具有很高的水平是很困难的。因此应根据使用情况优化各项指标，以达到{zj0}的综合力学性能配合；具有良好的抗疲劳性能和抗弹减性能；还应有良好的工艺性能，包括淬透性、热处理工艺性能(如淬火变形小、不易过热、晶粒均匀细小、回火稳定性高、不易脱碳、石墨化和氧化等)和加工成形性能；此外，还必须具有良好的内在质量和表面质量。 表面质量是弹簧钢另一重要技术指标，表面质量包括：表面脱碳、表面缺陷(裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层等)。弹簧钢在承受弯、扭、交变应力等各种载荷时，表面应力{zd0}，各种缺陷是应力集中源，在使用过程中易引起早期破坏和失效。据统计，表面夹杂物引起弹簧破损的比率为40％，表面缺陷和脱碳引起破损的比率为30％。弹簧制品表面，除表面喷丸强化外，保留了钢材供货状态的表面，因此钢材的表面状态对弹簧的工作性能和寿命具有很大影响。 当今比较典型的生产工艺流程是：初炼钢水由电炉或转炉提供，根据不同的钢种、质量水平要求和生产者的装备条件选择二次精炼方法，在连铸工序中使用减少非金属夹杂物数量的技术(防止二次氧化、非金属夹杂物的上浮及分离)和防止偏析技术(低过热度浇铸、电磁搅拌等)，可以生产出质量相当于模铸钢锭中下部的优质钢坯。钢坯加热一般采用步进炉，附有可控气氛系统，控制钢坯脱碳、氧化烧损。在加热炉于粗轧机之间，装有高压水除鳞机，xx钢坯表面氧化铁皮。使用无扭高刚度连轧机进行热机轧制(控轧控冷)、获得高的尺寸精度、表面质量和满意的内部组织。为保证产品质量，采用磁粉或涡流和超声波探伤仪在线检查钢材表面、内部缺陷。对标识有缺陷的产品进行清理或剔除。同时对质量要求较高的悬挂弹簧钢丝和阀门弹簧钢丝要分别进行钢坯修磨、软化处理、成品表面处理，剥皮、冷拔、退火、酸洗、油淬火/回火、探伤、防腐等一系列工序生产，这样才能确保钢材的表面质量，如图a、b、C所示。 (1)ULO(超低氧)钢处理工艺，是日本大同特殊钢在RH基础上，为更有效地降低钢中夹杂物数量而采取的手段。具体步骤是：在一台超高功率碱性电弧炉中熔化钢水，接着吹氧后向钢水中加入Fe-Si或铝进行预脱氧处理，得到高碱度还原渣。然后将钢水倒入钢包中，并将RH循环脱气设备两腿插入钢液中，汲取钢水进入脱气设备的真空室中。借助于大容量喷射泵，保持真空度小于13.3Pa，并将小流量氩气引入钢水中，钢水发泡进入真空室，钢水中碳脱氧反应快速进行，因而钢水脱氧。当碳氧反应达到平衡时，加入像铝这样合适的脱氧剂。为了促进脱氧产物的上浮分离和去除，以及保持脱氧状态的稳定，继续进行脱氧操作，{zh1}调整加铝量。RH脱气后，氧含量下降到15ppm以下。该处理工艺是实现悬挂弹簧钢2kN/mm2高应力值的一种手段。 |
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