彈簧鋼的現(xiàn)狀和發(fā)展方向彈簧鋼主要用于汽車、發(fā)動機制造和鐵路行業(yè)。目前,我國彈簧鋼產(chǎn)品存在的問題是中低端產(chǎn)品過多,高端和特殊品種缺乏。我國彈簧鋼在純度、抗疲勞性、表面質量和質量穩(wěn)定性方面與國外有很大差距,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。
中國高檔深加工彈簧鋼仍依賴進口,進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,這是一種有效的晶粒細化方法,也是實現(xiàn)鋼鐵材料強度和韌性多重提高的最有效方法。它利用鋼中細小分散的高熔點非金屬夾雜物,主要是氧化物、硫化物和氮化物,作為晶內鐵素體的形核核心,從而起到晶粒細化的作用。
國內外對鈦鋯氧化物體系進行了系統(tǒng)的研究,氧化鈦被認為是最理想的。
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,促進晶粒內鐵素體的形成。 然而,由于鋼級成分的限制,氧化鈦冶金的推廣受到限制。
近年來,稀土元素的研究已經(jīng)開始,利用稀土元素強的脫氧脫硫能力和產(chǎn)品的高熔點,可以研究稀土氧化物對鋼性能的影響。
汽車行業(yè)對懸架彈簧的強度要求越來越高,設計應力增加到1100-1200兆帕。因此,日本開發(fā)了添加合金的鋼材,以提高強度和耐腐蝕疲勞強度。
我國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,強度為1200兆帕,最重要的是依賴進口。
然而,近年來,為了避免資源風險,降低成本,實現(xiàn)原材料的全球供應,強烈要求使用標準鋼(SAE9254)來保持高強度,同時也強烈要求提高鋼的韌性。因此,噴丸處理越來越多地被用來代替具有高處理成本的表面硬化熱處理。
噴丸通過對表面施加殘余壓應力,可以提高抗疲勞強度,降低表面缺陷的影響程度,因此近年來被認為是表面處理不可缺少的技術。
隨著表面強化技術的發(fā)展,懸架彈簧的設計應力也達到了1200兆帕的水平。
預計未來對高強度懸架彈簧鋼的強度、韌性、耐腐蝕性和耐久性的要求將越來越高。未來,隨著汽車重量的減輕,開發(fā)高強度、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高端設備零部件自支撐能力、有效替代進口的必然趨勢。在所有彈簧產(chǎn)品中,氣門彈簧對材料的要求最嚴格,尤其是對于高應力和異形截面氣門彈簧。
例如,拉伸強度要求達到2000兆帕;;氧化物和硫化物的夾雜物等級要求達到0級。特殊型材對曲率、長軸和短軸等有特殊要求。
目前,國外氣門彈簧專用彈簧鋼的生產(chǎn)主要集中在日本、韓國和瑞典。生產(chǎn)企業(yè)包括鈴木、三星、住友、新鋼、韓國金線、瑞典嘉菲丹等。他們幾乎壟斷了中國所有異形型材和高應力閥門彈簧鋼市場。
2000年以后,隨著新型發(fā)動機的發(fā)展,對發(fā)動機的轉速、重量和緊湊性的要求越來越高,因此日本開始使用2100-2200兆帕的OT鋼絲。
在這種情況下,不僅應該調整合金成分,而且應該改進現(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,在整個制造過程中控制形狀變化的技術已經(jīng)開始受到關注。
未來,為了滿足高端彈簧基礎部件國產(chǎn)化的發(fā)展需求,高性能彈簧鋼產(chǎn)品應不斷發(fā)展。一方面,它正朝著高強度方向發(fā)展,要求提高高應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、導電性、耐磨性、耐熱性等。