德國撒斯特與興澄特鋼54SiCr6彈簧鋼盤條的比較

楊兆全 桑華強(qiáng)

 (蘇州神王彈簧鋼線有限公司, 蘇州 215100)

摘 要：同一標(biāo)準(zhǔn)下的54SiCr6彈簧鋼盤條，化學(xué)成分一致,，但是國內(nèi)外鋼材冶煉工藝技術(shù)和裝備控制水平的差異,，導(dǎo)致再加工上顯示一定的差異。因此,，選擇德國撒斯特與興澄特鋼54SiCr6彈簧鋼盤條,，從宏觀和微觀組織狀態(tài)著手，用以研究二者的差異,。實(shí)驗(yàn)中,，利用金相顯微鏡和FEI Sirion 場發(fā)射掃描電子顯微鏡分別比較了德國撒斯特與興澄特鋼54SiCr6彈簧鋼盤條的宏觀和微觀組織狀態(tài)。通過比較分析發(fā)現(xiàn)：撒斯特54SiCr6彈簧鋼盤條脫碳相對嚴(yán)重一點(diǎn),，組織均為珠光體和鐵素體的混合組織,，但是撒斯特54SiCr6組織相對均勻，珠光體團(tuán)和片層間距小,，有利于后續(xù)的拉拔加工,。

關(guān)鍵詞：54SiCr6；脫碳,；組織,；

Yang Zhaoquan Sang Huaqiang

Abstract: 54SiCr6 spring steel wire rod under the same standard, the chemical composition of the same, but the domestic and international steel smelting technology and equipment control level difference, leading to show some differences and processing. Therefore, Saarstahl and Xingcheng Special Steel 54SiCr6 spring steel wire rod selecion, starting from the macro and micro structure, and used to study the difference of the two. In the course of the experiment, the studies by metallurgical microscope and field emission electron microscopy have been done to compare the German Saarstahl with Xingcheng Special Steel 54SiCr6 spring steel wire rod of macroscopic and microscopic structure. Through the analysis found that: Saarstahl of 54SiCr6 spring steel wire rod decarburization is relatively serious, but the microstructure is relatively uniform, pearlite and lamellar spacing is small, it is conducive to subsequent drawing process.

Key words: 54SiCr6; Decarburization; Microstructure

彈簧在各種交變應(yīng)力作用下工作,，使用環(huán)境多變等等，對原材料彈簧鋼盤條提出了更高更嚴(yán)格的要求,，作為合金彈簧鋼中一員,，Si-Cr系彈簧鋼具有抗松弛和抗氧化能力好、淬透性高,、脫碳傾向小等特點(diǎn),，可用于制造截面大、載荷要求高,、沖擊要求高的動態(tài)彈簧,。54SiCr6作為Si-Cr 系彈簧鋼中一員，性能和使用上與55SiCr并沒有差異,，抗回火穩(wěn)定性好,、抗松弛性高、疲勞壽命理想,、脫碳傾向小等,，廣泛應(yīng)用于汽車懸架簧^[1],、氣門簧^[2],、調(diào)壓彈簧、安全閥彈簧,、發(fā)動機(jī)彈簧等,。

蘇州神王彈簧鋼線有限公司是專業(yè)生產(chǎn)油淬火彈簧鋼絲的中型民營企業(yè)，公司自2013年開始使用54SiCr6彈簧鋼盤條,，但是在性能和組織控制方面缺少有利的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),，因此，選擇德國撒斯特與興澄特鋼54SiCr6彈簧鋼盤條,，從微觀組織,、表面脫碳等方面著手，用以研究二者的差異,，為生產(chǎn)加工提供數(shù)據(jù)支撐,。

試驗(yàn)材料為德國撒斯特（爐號834389），材質(zhì)Φ為6.0mm,，興澄特鋼（爐號E21306643XX）54SiCr6彈簧鋼盤條,，材質(zhì)Φ為5.5mm。

實(shí)驗(yàn)中采用 OLMYPLUS 金相顯微鏡和金相分析軟件分析組織,、表面脫碳情況等,。

利用FEI Sirion場發(fā)射掃描電子顯微鏡分析彈簧鋼盤條的微觀組織形貌、片層間距等數(shù)據(jù),。

兩個彈簧鋼盤條試樣在室溫下基體組織均由許多珠光體團(tuán)組成,，珠光體（灰黑色）和先共析鐵素體（白色）的混合組織,，如圖1~4。其不同在于：

1)        鐵素體含量與形態(tài),。由鐵碳相圖杠桿定理知道54SiCr6盤條中鐵素體含量約占30%左右,。撒斯特54SiCr6（爐號834389）彈簧鋼盤條鐵素體含量較少，并呈現(xiàn)零星分布狀態(tài),，而興澄特鋼54SiCr6（爐號E21306643XX）彈簧鋼盤條鐵素體含量相對較多,，并有呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布的趨勢，兩者先共析鐵素體均呈現(xiàn)條塊狀沿晶界分布,，見圖2和4,；

2)        邊緣脫碳。撒斯特54SiCr6（爐號834389）彈簧鋼盤條邊緣存在脫碳現(xiàn)象,，脫碳深度在28-84μm,，興澄特鋼54SiCr6（爐號E21306643XX）彈簧鋼盤條邊緣脫碳深度為36-45μm，為部分脫碳,。結(jié)合GB/T 18983-2007油淬火-回火彈簧鋼絲和GB/T1222-2007 彈簧鋼標(biāo)準(zhǔn)知道,，盤條表面脫碳深度不大于2.5%D，得到撒斯特54SiCr6（爐號834389）彈簧鋼盤條脫碳深度大于興澄特鋼54SiCr6（爐號E21306643XX）彈簧鋼盤條,，且同一圓周,，表面脫碳程度不一致，同時二者在表面脫碳方面工藝控制均不是很理想,，見圖1和3,。

圖1 興澄特鋼（爐號E21306643XX）54SiCr6彈簧鋼盤條表面脫碳500X

Figure 1 surface decarbonization of 54SiCr6 spring steel wire rod 500X

 
圖2興澄特鋼（爐號E21306643XX）54SiCr6彈簧鋼盤條金相組織，左500X,，右1000X

Figure 2 Xingcheng 54SiCr6 spring steel wire rod, the left 500X, the right 1000X

 
圖3撒斯特（爐號834389）54SiCr6彈簧鋼盤條表面脫碳500X

Figure 3 surface decarbonization of 54SiCr6 spring steel wire rod 500X

圖4 撒斯特（爐號834389）54SiCr6彈簧鋼盤條,，左500X，右1000X

Figure 4 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod, the left 500X, the right 1000X

電鏡譜圖得到兩個彈簧鋼盤條試樣的珠光體團(tuán)形貌,，呈細(xì)小等軸狀,，沿縱向或橫向均無明顯方向性，先共析鐵素體沿晶界析出,，如圖7和9,。實(shí)測片層間距約為：撒斯特54SiCr6（爐號834389）彈簧鋼盤條珠光體團(tuán)片層間距約為S=84.2~153.3nm，如圖5和6,；興澄特鋼54SiCr6（爐號E21306643XX）彈簧鋼盤條珠光體團(tuán)片層間距約為S=104.7~216.7nm,，見圖8和10。比較發(fā)現(xiàn)撒斯特54SiCr6（爐號834389）彈簧鋼盤條珠光體團(tuán)片層間距跨度相對小于興澄特鋼54SiCr6（爐號E21306643XX）彈簧鋼盤條珠光體團(tuán)片層間距,。

圖5撒斯特（爐號834389）54SiCr6彈簧鋼盤條

Figure 5 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod

圖6撒斯特（爐號834389）54SiCr6彈簧鋼盤條

Figure 6 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod

 
圖7撒斯特（爐號834389）54SiCr6彈簧鋼盤條

Figure 7 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod

圖8興澄特鋼（爐號E21306643XX）54SiCr6彈簧鋼盤條

Figure 8 Xingcheng 54SiCr6 (Heat No. E21306643XX) spring steel wire rod

 
圖9興澄特鋼（爐號E21306643XX）54SiCr6彈簧鋼盤條

Figure 9 Xingcheng 54SiCr6 (Heat No. E21306643XX) spring steel wire rod

圖10興澄特鋼（爐號E21306643XX）54SiCr6彈簧鋼盤條

Figure 10 Xingcheng 54SiCr6 (Heat No. E21306643XX) spring steel wire rod

嘗試性地做一些試驗(yàn)工作是很有必要的,，對理解、改善,、提高彈簧鋼的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量是極有意義的,，這樣可以更好的為生產(chǎn),、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝提升等提供技術(shù)依據(jù),。由于彈簧鋼盤條的力學(xué)性能和微觀組織形貌之間是相互對應(yīng)的,，力學(xué)性能會隨著組織形貌的改變而變化^[3,4]。而彈簧鋼盤條的各種性質(zhì),，尤其是力學(xué)性質(zhì)依其組織狀態(tài)的不同而發(fā)生很大的變化^[5],。在此會著重分析討論珠光體片層間距和表面脫碳對彈簧鋼性能的影響。

在片狀珠光體范圍內(nèi),，珠光體團(tuán)和片層間距對鋼絲性能起決定性的影響,，片層間距與奧氏體的晶粒度基本無關(guān)，主要取決于過冷度（冷卻速度）,、等溫轉(zhuǎn)變溫度,，可以說，在一定的轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi),，片層間距在一定的范圍內(nèi)^[6,7],。而較少的先共析鐵素體和較小的片層間距有利于獲得力學(xué)性能優(yōu)異的彈簧鋼盤條，反之,，將會出現(xiàn)彈簧鋼盤條在冷拉拔過程中達(dá)不到理想的拉絲效果,。

珠光體片細(xì)小分散、分布均勻,，則冷加工后鋼絲的強(qiáng)度偏高,，彎曲和扭轉(zhuǎn)值也相對較高；珠光體片大而集中,、組織均勻性差，則易在后續(xù)的冷加工過程中隨著壓縮率的增大而產(chǎn)生變形和內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布,，發(fā)生應(yīng)力集中,，從而使彎曲和扭轉(zhuǎn)值降低，甚至?xí)S著應(yīng)力的增大而產(chǎn)生早期裂紋^[7,8],。隨著珠光體片層間距的減小,，鋼線的強(qiáng)度以及塑性將提高。珠光體片層間距越小,，在相同體積條件下,，相界面增多，鐵素體中位錯不易滑動,，在外力作用下,，抗塑性變形的能力提高；同時由于鐵素體,、滲碳體片很薄,，滑動位錯在界面上產(chǎn)生位錯塞積的數(shù)量減小,，應(yīng)力集中傾向減小，不易引起開裂,。而且由于滲碳體片很薄,，在外力作用下可以滑移產(chǎn)生塑性變形，也可以產(chǎn)生彎曲,，使塑性提高,。因此，珠光體片層間距越小,，既可以提高鋼線的強(qiáng)度又可以增大塑性^[7,8],。

彈簧在周期性彎曲和扭轉(zhuǎn)等交變應(yīng)力下，工作環(huán)境條件惡劣多變,，如果盤條表面出現(xiàn)脫碳層,，會明顯降低彈簧的疲勞極限，特別是盤條表面出現(xiàn)鐵素體全脫碳層時,，可使彈簧的疲勞極限降低50％^[9,10],，因此，在生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制盤條表面的脫碳層厚度,。脫碳一方面會使鋼線的表面硬度下降,，在交變應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋，使彈簧過早疲勞失效,。另一方面,，由于表層不同部位淬火時膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，致使表面的脫碳層與部分脫碳層之間的過渡區(qū)容易產(chǎn)生微裂紋^[11],。在這些因素的作用下極易引起裂紋的迅速發(fā)展,，引起彈簧的最終失效或斷裂。

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作者簡介：

楊兆全 (1986-),，男，畢業(yè)于東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,，工學(xué)碩士研究生,，就職于蘇州神王彈簧鋼線有限公司，車間副主任,。E-mail: [email protected],，聯(lián)系電話18913506617，通訊地址：江蘇省蘇州市吳中區(qū)胥口鎮(zhèn)繁豐路688號,，郵編215100