彈簧鋼

科技名詞定義

中文名稱：
彈簧鋼
英文名稱：
spring steel
定義：
含碳量為0.60%～0.95%的碳鋼，是經冷變形強化的一種較好的彈簧鋼絲，用於製作各種彈簧。
應用學科：機械工程（一級學科）；機器機表材料（二級學科）；彈性材料(機器機表)（三級學科）

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彈簧鋼主要是有好的彈性，又由於它是在動載荷環境條件下工作的，所以對製造彈簧的材質最主要的應有高的屈服強度；在承受重載荷時不引起塑性變形；應有高的疲勞強度，在載荷反復作用下具有長的使用壽命；並有足夠的韌性和塑性，以防在沖擊力作用下突然脆斷。

定義彈簧鋼特性和應用中國國傢標準定義彈簧鋼特性和應用中國國傢標準

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編輯本段定義

　　彈簧鋼是指由於在淬火和回火狀態下的彈性，而專門用於製造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決於其彈性變形的能力，即在規定的范圍之內，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之後不出現永久變形。

　　彈簧鋼應具有優良的綜合性能，如力學性能(特別是彈性極限、強度極限、屈強比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。為瞭滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優良的冶金質量(高的純潔度和均勻性)、良好的表麵質量(嚴格控製表麵缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。

　　根據GB/T 13304《鋼分類》標準，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬於機械結構用鋼；按照質量等級，屬於特殊質量鋼，即在生產過程中需要特別嚴格控製質量和性能的鋼。按照我國習慣，彈簧鋼屬於特殊鋼，製作彈簧鋼的時候技術要求比較高，技術的過硬直接決定品質的高低。

分類

按照化學成分分類

　　根據GB/T 13304 標準，彈簧鋼按照其化學成分分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼。

^[1]

1.碳素彈簧鋼

　　碳素彈簧鋼的碳含量(質量分數)一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量(質量分數) (0.50%~0.80%)如65、70、85和較高錳含量(質量分數) (0.90~1.20%)，如65Mn兩類。

2.合金彈簧鋼

　　合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎上，通過適當加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學性能、淬透性和其他性能，以滿足製造各種彈簧所需性能的鋼。

　　合金彈簧鋼的基本組成系列有，矽錳彈簧鋼、矽鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎上，有一些牌號為瞭提高其某些方麵的性能而加入瞭鉬、釩或硼等合金元素。

　　此外，還從其他鋼類，如優質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼，選擇一些牌號作為彈簧用鋼。

按照生產加工方法分類

　　1. 熱軋 (鍛)鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛製圓鋼、方鋼。

　　2.冷拉(軋) 鋼材包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 (冷拉圓鋼)。

按照鋼材交貨狀態分類

　　1. 熱軋 (鍛) 鋼材

　　A.以熱軋 (鍛) 狀態交貨鋼材經熱成形製成彈簧，然後進行淬火和回火處理。

　　B.以退火狀態交貨鋼材經冷成形製成彈簧，然後進行淬火和回火處理。

　　以上均應符合相應的交貨狀態硬度的規定。

　　2. 冷拉 (軋) 鋼材

　　A.鋼絲

　　① 鉛浴等溫淬火冷拉鋼絲(又稱派登脫處理冷拉鋼絲) 鋼絲製成彈簧後隻需進行低溫回火，以消除應力。

　　② 油淬火和回火鋼絲冷拉成所需尺寸後，進行連續加熱、連續油淬火和鉛回火。鋼絲製成彈簧後隻需進行底溫火，以消除應力。

　　③ 冷拉鋼絲 (即不經淬火和回火處理的鋼絲)

　　a. 以冷拉狀態交貨。

　　b. 以退火、正火或回火處理狀態交貨。

　　以上兩種狀態交貨的鋼絲製成彈簧後均需進行淬火和回火處理。

　　B.鋼帶

　　① 冷軋狀態交貨製成彈簧後需進行低溫回火，以消除應力。

　　② 淬火和回火狀態交貨製成彈簧後需進行低溫回火，以削除應力。

　　③ 退火火狀態交貨製成彈簧後需進行淬火和回火處理

　　C.冷拉鋼材

　　以退火狀態交貨鋼材經冷成形製成彈簧，然後進行淬火和回火處理。

其他分類方法

　　除以上所述外，還有一些其他分類方法，例如：

　　按交貨條件要求不同可分為按化學成分(力學性能)交貨和按淬透性交貨。

　　按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高(低)溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。

編輯本段彈簧鋼

　　彈簧在沖擊、振動或長期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表麵質量好等碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內的優質碳素結構鋼。合金彈簧鋼主要是矽錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加矽含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結合我國資源，並根據汽車、拖拉機設計新技術的要求，研製出在矽錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長瞭彈簧的使用壽命，提高瞭彈簧質量

性能要求

生產工藝

　　一般彈簧鋼可用電爐、平爐或氧氣轉爐生產；質量較好或具有特殊性能的優質彈簧鋼，用電渣爐或真空爐煉製。彈簧鋼中碳、錳、矽等主要元素的規定含量范圍較窄，冶煉時必須嚴格控製化學成分。矽含量較高時容易形成氣泡等缺陷，鋼錠鍛軋後冷卻不當時易產生白點。因此，冶煉用的原材料必須乾燥，盡量除去氣體及夾雜物，而且要避免鋼水過熱。

　　彈簧鋼在軋製加工中須特別註意脫碳和表麵質量。鋼材表麵嚴重脫碳時，會顯著降低鋼的疲勞極限。對於高矽彈簧鋼如70Si3MnA，應註意避免石墨化。因此，在熱加工時停軋溫度不應過低(≥850℃),避免在石墨化較易形成的溫度范圍(650～800℃)內停留時間過長。

　　彈簧製成後經噴丸處理能使彈簧表層產生殘餘壓應力，以抵銷表層上的部分工作應力，抑製表層裂縫的形成，這可顯著提高彈簧的疲勞極限。

熱處理規范

鋼號淬火溫度淬火介質硬度要求回火溫度冷卻介質硬度要求應用范圍

　　65 780-830 水或油 400-600 線徑小於12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈

　　65Mn 810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧

　　50CrV 850-870 油 >58 400-55 水 45-50截麵較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧

　　50CrV 850-870 油 >58 370-420 45-52 300C以下工作的高溫彈簧

　　60Si2MnA 860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片

編輯本段特性和應用

1. 65 、70 、85：可得到很高強度、硬度、屈強比，但淬透性小，耐熱性不好，承受動載和疲勞載荷的能力低應用非常廣泛，但多用於工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車、拖拉機、鐵道車輛及一般機械用的彈簧

　　65Mn 成分簡單，淬透性和綜合力學性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好，但對過熱比較敏感，有回火脆性，淬火易出裂紋價格較低，用量很大。製造各種小截麵扁簧、圓簧、發條等，亦可製氣門彈簧、彈簧環，減振器和離合器簧片、剎車簧等。

2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA矽含量(Wsi)高(上限達2.00%)，

　　強度高，彈性好。抗回火穩定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高。

　　主要的彈簧鋼類，用途很廣。製造各種彈簧，如汽車、機車、拖拉機的板簧、螺旋彈簧，汽缸安全閥簧及一些在高應力下工作的重要彈簧，磨損嚴重的彈簧。

　　55Si2MnB 因含硼，其淬透性明顯改善輕型、中型汽車的前後懸掛彈簧、副簧。

　　55Si2MnB 我國自行研製的鋼號，淬透性、綜合力學性能、疲勞性能均較60Si2Mn鋼好主要製造中、小型汽車的板簧，使用效果好，亦可製其他中等截麵尺寸的板簧、螺旋彈簧。

3. 60Si2CrA 60Si2CrVA

　　高強度彈簧鋼。淬透性高，熱處理工藝性能好。因強度高，卷製彈簧後應及時處理消除內應力製造載荷大的重要大型彈簧。60Si2CrA可製汽輪機汽封彈簧、調節彈簧、冷凝器支承彈簧、高壓水泵碟形彈簧等。60Si2CrVA鋼還製作極重要的彈簧，如常規武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧。

4. 55CrMnA

　　60CrMnA 突出優點是淬透性好，另外熱加工性能、綜合力學性能、抗脫碳性能亦好大截麵的各種重要彈簧，如汽車、機車的大型板簧、螺旋彈簧等。

5. 60CrMnMoA

　　在現有各種彈簧鋼中淬透性最高。力學性能、抗回火穩定性等亦好大型土木建築、重型車輛、機械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達35mm以上，圓鋼直徑可超過60mm

6. 50CrVA

　　少量釩提高彈性、強度、屈強比和彈減抗力，細化晶粒，減小脫碳傾向。碳含量較小，塑性、韌性較其他彈簧鋼好。淬透性高，疲勞性能也好各種重要的螺旋彈簧，特別適宜作工作應力振幅高、疲勞性能要求嚴格的彈簧，如閥門彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈、安全閥簧等

7. 60CrMnBA

　　淬透性比60CrMnA高，其他各種性能相似尺寸更大的板簧、螺旋彈簧、扭轉彈簧等。

8. 30W4Cr2VA

　　高強度耐熱彈簧鋼。淬透性很好。高溫抗松弛和熱加工性能也很好工作溫度500~C以下的耐熱彈簧，如汽輪機主蒸汽閥彈簧、汽封彈簧片、鍋爐安全閥彈簧、400t鍋爐碟形閥彈簧等。

研究進展

　　傳統彈簧鋼的強度水平難以滿足現代工業發展的要求，眾所周知，彈簧鋼力學性能在材料質量保證的前提下取決於熱處理工藝，而熱處理工藝也應根據所用材料來決定，彈簧鋼高強度化的一個重要途徑是充分發揮合金元素的作用，達到最佳合金化效果。

1. 熱處理

　　彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術對彈簧內在質量有著至關重要的影響。因此，如何進一步提高彈簧疲勞壽命，需進一步研究，尤其是化學表麵改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產生重要影響。為進一步強化氣門彈簧的表麵強度、增加壓應力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形後，要進一步經過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然後經噴丸強化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經400℃×15min中溫回火進行對比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，不僅消除瞭脫碳的不良影響，而且還提高瞭殘餘壓應力，同時經滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2%(規定值為0.5%)，250℃的變形量為0.56%，提高瞭氣門彈簧的熱穩定性和抗松弛穩定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應嚴格控製，否則會形成網狀硫化物和網狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。

　　氣門彈簧提高強度的方法還可以選擇噴丸，經生產實踐表麵氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，其顯微硬度為720hv0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800hv0.2，三次噴丸可達到較好的強化效果，又可使表麵質量得到改善。

2. 合金化

　　碳是鋼中的主要強化元素，對彈簧鋼的影響往往超過其他合金元素。根據使用要求，彈簧鋼材料應是中高碳的合金鋼。當今世界各國普遍采用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%。

　　為瞭克服彈簧鋼強度提高後韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。我國對低碳馬氏體彈簧鋼進行瞭深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。實踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強度和優良的綜合力學性能，尤其是塑性、韌性極好。日本研究開發的幾種高強度彈簧鋼，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。

　　合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能(如耐高溫、耐蝕)等。

　　很多彈簧鋼以矽為主要合金元素，它是對彈減抗力影響最大的合金元素，這主要是由於矽具有強烈的固溶強化作用；同時，矽能抑製滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大，改變回火時析出碳化物的數量、尺寸和形態，提高鋼的回火穩定性。目前，國內鋼材牌號中wsi為1.8%～2.2%，是現有標準中含矽最高的彈簧鋼。但矽含量如果過高，將促進鋼在軋製和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向，並且使冶煉困難和易形成夾雜物，因此，過高矽含量彈簧鋼的使用仍需慎重。

　　由於鉻能夠顯著提高鋼的淬透性，阻止si－cr鋼球化退火時的石墨化傾向，減少脫碳層，因此是彈簧鋼中的常用合金元素，以鉻為主要強化元素的彈簧鋼50crv使用較廣泛。

　　錳是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明，wmn必須大於0.5%，以使淬火時彈簧鋼心部完全較變為馬氏體，但當wmn超過1.5%時，韌性明顯下降，這在選擇彈簧鋼時應優先考慮的。

　　鉬可以提高鋼的淬透性，防止回火脆性，改善疲勞性能，現有標準中加鉬的彈簧鋼不多，加入量一般在0.4%以下。

　　釩是強碳化物形成元素，固態下所析出的細小彌散的mc型碳化物具有很強的沉淀強化效果。在35crmnb鋼中加入0.11%v，可顯著提高鋼的淬透性，還發現釩能有效降低35simnb鋼的脫碳敏感性，認為這與釩降低鋼中有效固溶碳、防止晶粒長大和阻止晶界擴散並提高抗氧化性有關。

編輯本段中國國傢標準

基本信息

　　標準號StandardNo：GB/T 1222-2007

　　中文標準名稱StandardTitlein Chinese：彈簧鋼

　　英文標準名稱：Springsteels

　　發佈日期IssuanceDate：2007-08-14

　　實施日期ExecuteDate：2008-03-01

　　首次發佈日期FirstIssuanceDate ：1975-12-24

　　標準狀態StandardState：現行

　　復審確認日期ReviewAffirmanceDate ：

　　計劃編號Plan No：20063078-T-605

　　代替國標號ReplacedStandard：GB/T1222-1984

　　被代替國標號ReplacedStandard:

　　廢止時間RevocatoryDate:

　　采用國際標準號AdoptedInternationalStandard

　　采標名稱AdoptedInternationalStandard Name：

　　采用程度ApplicationDegree：

　　采用國際標準AdoptedInternationalStandard ：

　　國際標準分類號(ICS) ：77.140.25

　　中國標準分類號(CCS) ：H40

　　標準類別StandardSort：產品

　　標準頁碼NumberofPages:

　　標準價格(元)Price(￥) :

　　主管部門Governor ：中國鋼鐵工業協會

　　歸口單位TechnicalCommittees：全國鋼標準化技術委員會

　　起草單位DraftingCommittee：江陰興澄特種鋼鐵有限公司、冶金工業信息標準研究院、重慶東華特殊鋼有限責任公司、首鋼集團紅冶鋼廠^[2]

1 范圍

　　本標準規定瞭熱軋、鍛製、冷拉彈簧鋼的訂貨內容、尺寸、外形、重量及允許偏差、技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志和質量證明書等。

　　本標準適用於直徑或邊長不大於100mm的彈簧鋼圓鋼和方鋼（以下簡稱棒材）、厚度不大於40mm的彈簧鋼扁鋼、直徑不大於25mm的彈簧鋼盤條（不包括油淬－回火彈簧鋼絲盤條（YB/T 5365））。經供需雙方協商，也可供應直徑或邊長大於100mm的棒材、厚度大於40mm的扁鋼和直徑大於25mm的盤條。

　　本標準規定的牌號及化學成分也適用於鋼錠、鋼坯及其製品。