铌在弹簧钢中应用

来源:实用热处理手册作者:张覃轶

    1. 车悬挂弹簧用微合金钢的开发
    
    随着不断地强调减轻客车重量,人们也越来越多地将注意力放在了发展轻型悬挂部件上。集中在开发能承受更高工作应力的弹簧钢,从而允许使用更细的金属线来减少卷曲弹簧的重量。现已开发出一种含微量合金的弹簧钢,其抗拉强度为2000MPa,其断裂韧性与普通的抗拉强度为1725MPa的普通弹簧钢相同。疲劳试验表明,在比目前使用的普通弹簧钢还要高的工作应力下,可以获得非常好的耐疲劳性和耐垂弛性。这些条件的改善可以降低含碳量,并可获得细晶奥氏体组织,同时通过合理的形变热处理可改善微合金碳氮化物的分散度。
    
    (1)钢的化学成分及工艺
    
    表1给出了该钢的标定成分,并检测了各种合金添加物对组织和性能的影响。可以看出该新钢种与其他类钢的显著差别就是含碳量较低,从而很大程度地改善了断裂韧性。该钢是经过电炉冶炼、钢包精炼和连铸而生产出来的,热轧是在一套装备有斯太摩控制冷却装置的连轧机上进行的。
    
    (2) 在热处理条件下的显微组织和性能
    
    热处理条件是925℃奥氏体化、油淬火和340℃2小时回火。在微合金化弹簧钢的组织中发现有马氏体块状结构,在孪晶间界带内发现细小弥散的碳化物,有可能是在再加热和热轧过程中未被溶解的Nb和V的碳化物,其拉伸性能,可见微合金化钢具有明显高的屈服强度和拉伸强度。
    
    (3)疲劳性能
    
    该微合金化钢的疲劳极限高于SAE9259。
    
    (4)断裂韧性
    表示出两种钢的断裂韧性,微合金化钢显出较高的韧性。
    
    总之,开发的该种微合金的弹簧钢可以在汽车悬挂装置中有效地用作高应力卷曲弹簧。其较高的抗拉强度和较好的抗疲劳性能可以被用于减轻重量。实现减轻重量将是弹簧设计和钢性能的一个主要任务,并表明可以获得很好的抗疲劳性能和耐垂弛性。
    
    2. 车悬挂弹簧用Nb,V沉淀强化弹簧钢减重25%
    
    日本多数汽车用SAE9260制作悬挂弹簧,带来诸多安全问题。开发高抗弹减性的弹簧用钢迫在眉睫。SAE9260的典型成分如下例:
    
    Co.59,Si2.17,Mn0.86,P0.025,S0.010,Cr0.15,Al0.018。
    
    SAE9260钢中加Nb或Nb,V复合,同时能达到细化晶粒,沉淀强化的目的。从而提高弹簧的抗弹减性。
    
    
    
    (1)SAE9260加Nb-V处理的特点细化晶粒,晶粒尺寸为原钢的1/4。B1为SAE9260。
    
     化学成分A3-A6的奥氏体晶粒度明显优于SAE9260,奥氏体化温度越低越优越。
    
    (2)淬透性
    
    淬透性是生产热卷制弹簧的一个重要因素。
    
    端淬试验结果。Nb-V处理钢的淬透性如曲线示出的末端值,实际上是和SAE9260 相当,只表示出Nb-V炭化物完全溶固时的炭含量的作用。似乎与Nb、V无关,但当远离端点时,就明显地示出加Nb、V的优越性。
    
     回火后的性能
    
    1. 硬度
    只加Nb的9260-Cb和不加Nb的9260b是处在同一水平,而加V加Nb的9260V-Cb3和只加V的9260-V2也是同样硬化趋势。926-V2加V0.29。只有9260-V-Cb3最好。
    
    2. 屈服强度
    
    不同Nb?V含量钢的回火后硬度和0.05%屈服强度,0.2%屈服强度,0.2%扭转屈服强度,在同一硬度水平上加Nb、V的9260b要高得多,高出100MPa左右,而扭转屈服强度加Nb、V更优越。
    
    (4)铌、钒复合处理的抗弹减性
    
    在1030MPa和1128MPa应力条件通过应力松弛试验确定抗弹减性。在大生产线卷制弹簧,900℃淬火。回火后在生产线上喷丸处理。
    
    残余剪应变似乎是硬度的函数,随硬度的提高而降低。尽管SAE9260是所有标准规定的弹簧钢中抗弹减性最高,但是加Nb?V处理的钢抗弹减性是令人兴奋的。这种钢可在高应力下使用,减轻弹簧的重量。
    
    (5)Nb在SAE9260+Nb V沉淀硬化热卷制弹簧中的作用在于不改变原SAE9260悬挂弹簧生产线的情况下,实施了SAE9260Nb?V处理钢弹簧的生产。
    
    只加Nb在低于1100℃奥氏体化、沉淀硬化效果,微乎其微,只以细化晶粒提高抗弹减性。但是只加V可产生沉淀强化和细化晶粒效果,但钒的碳化物在生产线上的短时间溶于奥氏体中是困难的。试验指出在900℃奥氏体化时只加钒的钒碳化物完全溶解需要10分钟,而Nb-V复合加入时只需1分钟。从不改变生产线的观点看,加Nb-V是有道理的。这似乎是NbC的存在,促进了钒的溶解。
    
    (6)其他几点结论
    
    1. SAE9260加V对抗弹减性不利,对断裂韧性不利。
    
    2. SAE9260-V处理后,对耐蚀性无影响,对腐蚀疲劳无影响。
    
    3. 疲劳性能Nb-V处理钢与原SAE9260无差别,疲劳极限均为745MPa,无论是喷丸或研磨表面试验结果表明,钢种间均无别。
    
    4. 加B、Nb、V处理钢,由于B进一步提高淬透性。用该钢扭杆已实用化。
    
    (7)SAE9260加Nb、V处理钢的生产工艺和热卷弹簧制作,均可沿用SAE9260一系列工艺操作,没有任何困难。