高强度大规格弹簧钢防控表面脱碳的新方法

　　直径大于20mm棒材制作成的螺旋弹簧广泛用于铁路车辆、产业机械和工程机械。随着螺旋弹簧的反复压缩拉伸，弹簧的棒材承受着弯曲-弯曲回复的应力。应力的最大值都是出现在棒材表面，所以，螺旋弹簧棒材的表面状态对弹簧的疲劳强度有很大影响。疲劳试验后的螺旋弹簧断口的外观显示，螺旋弹簧断口的起点在弹簧内径侧的表面。

　　在制作螺旋弹簧时，由于棒材直径大，弹簧的热成形，成形为螺旋弹簧后，直接进行淬火，使弹簧具有要求的强度。由于螺旋弹簧是在表面残留热处理脱碳的状态下使用，脱碳使弹簧的表面硬度减小，并由此引发疲劳强度的下降。因此，对于许多螺旋弹簧来说，抑制热成形—淬火脱碳是十分重要的问题。

　　如何控制脱碳？目前采用的较为有效的措施为添加合金元素。一般是添加Sb、Sn抑制淬火脱碳。

　　同样的化学成分，其中一个是添加Sb、Sn的钢（SbSn添加钢）、另一个是未添加Sb、Sn的钢（无SbSn钢）。无SbSn钢的表层C浓度约为0.2%、脱碳深度约0.3mm，而SbSn添加钢的表层碳浓度约为0.45%、脱碳深度约0.1mm。Sb、Sn抑制脱碳的作用得到确认，其原因是SbSn的添加使C的扩散系数变小、脱碳受到抑制。

　　添加Sb、Sn的钢，喷丸后残余应力变大。为提高螺旋弹簧的疲劳特性，一般要对螺旋弹簧进行喷丸处理。但由于脱碳层的屈服强度显著下降，使喷丸处理赋予弹簧的残余应力显著变小。SbSn添加钢从表层到0.2mm深度范围内，最大主应力方向的压缩残余应力为―600MPa～―800MPa，而无SbSn钢的该值是―300MPa～ ―400MPa。SbSn添加钢的压缩残余应力比现行弹簧钢约高出300MPa。其原因还是SbSn的添加抑制了脱碳。

　　值得注意的是，合金元素对弹簧钢的淬透性和其他主要特性有很大影响，因此，对实际弹簧钢来说，不能轻易改变这些元素的含量。添加微量元素可以对弹簧钢的其他特性进行抑制，因此，微量元素也可以用于其他各种钢材的特性控制，从而开发出高性能钢材以满足用户的需求。

　　此技术可以有效解决，高强度大规格弹簧钢使用不久发生断裂的问题。