高強(qiáng)度彈簧鋼的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析

王筱冬

(榆林學(xué)院 能源工程學(xué)院，陜西 榆林 719000)

高強(qiáng)度彈簧鋼的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析

王筱冬

(榆林學(xué)院 能源工程學(xué)院，陜西 榆林 719000)

我國(guó)的現(xiàn)代交通運(yùn)輸行業(yè)在不斷地發(fā)展，運(yùn)輸業(yè)是對(duì)彈簧鋼的需求量最高的行業(yè)之一。交通運(yùn)輸業(yè)在發(fā)展過(guò)程中，其對(duì)彈簧鋼的性能要求也逐漸地提升，提升彈簧鋼的強(qiáng)度，促使彈簧鋼的壽命增長(zhǎng)，這是社會(huì)的需要。因此，相關(guān)人員已經(jīng)開(kāi)展了很多對(duì)于彈簧鋼的研究工作，以促使我國(guó)彈簧鋼的產(chǎn)品質(zhì)量提升。從我國(guó)彈簧行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及彈簧鋼高強(qiáng)度的研究進(jìn)展、彈簧鋼產(chǎn)品的重點(diǎn)發(fā)展方向這幾個(gè)方面進(jìn)行闡述，為提升我國(guó)彈簧鋼的質(zhì)量提供合理的參考依據(jù)。

高強(qiáng)度；彈簧鋼；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢(shì)

0 前 言

彈簧鋼已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中，汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)制造以及相關(guān)的鐵路運(yùn)輸行業(yè)對(duì)彈簧鋼的使用量比較高。因?yàn)閺椈射摰氖褂靡笮枰c相關(guān)的生產(chǎn)零件的要求相符，因此，彈簧鋼的生產(chǎn)要求相對(duì)較高。近年，隨著汽車以及鐵路的發(fā)展速度加快，輕量化以及高性能化是汽車行業(yè)的發(fā)展方向，因此，彈簧鋼的使用性能也需要得到相應(yīng)程度的提升。對(duì)彈簧設(shè)計(jì)的應(yīng)力進(jìn)行分析，不斷地提升彈簧鋼的抗壓能力，延長(zhǎng)其使用的壽命。由于彈簧鋼的使用是在高速以及重載等方面，彈簧鋼應(yīng)該朝著這個(gè)方面發(fā)展。因此，對(duì)我國(guó)高強(qiáng)度彈簧鋼的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)彈簧鋼的性能提升重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 我國(guó)彈簧行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，我國(guó)彈簧行業(yè)的發(fā)展規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大，彈簧的品種也日益增加。氣門彈簧、膜片彈簧、減震彈簧、高溫彈簧、油泵彈簧這些都屬于彈簧。迄今為止，我國(guó)已經(jīng)擁有1 600多個(gè)彈簧產(chǎn)品，很多彈簧產(chǎn)品很多人都沒(méi)有聽(tīng)過(guò)。彈簧的用途巨大，在汽車、機(jī)械以及電子電氣等行業(yè)都會(huì)使用彈簧，為其生產(chǎn)帶來(lái)巨大的便利[1]。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料顯示，在2014年，我國(guó)的彈簧總量就已經(jīng)達(dá)到149.4萬(wàn)t，與之前的彈簧生產(chǎn)量相比，彈簧的生產(chǎn)總量增長(zhǎng)了6.74%。我國(guó)的山東省、江蘇省、廣東省、浙江省以及河南省彈簧產(chǎn)量在全國(guó)彈簧生產(chǎn)產(chǎn)量的前列。其彈簧總產(chǎn)量占全國(guó)彈簧產(chǎn)量的70.1%。由此可見(jiàn)，我國(guó)的彈簧生產(chǎn)比較集中。就目前而言，我國(guó)擁有1 000多家彈簧以及彈性元件制造的廠家，其中制造螺旋彈簧的企業(yè)就有500家，制造其他彈性元件的制造企業(yè)有100家。從企業(yè)分布的角度來(lái)看，浙江、廣東以及上海等地區(qū)是我國(guó)彈簧企業(yè)生產(chǎn)的主要聚集地區(qū)，其中浙江每年的彈簧總量位居國(guó)家之首，溫州及其附近地區(qū)是彈簧生產(chǎn)的重要地區(qū)。

2 彈簧鋼高強(qiáng)度的研究進(jìn)展

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)傳統(tǒng)的彈簧鋼的質(zhì)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了鋼業(yè)的發(fā)展要求。因此，需要采用適當(dāng)?shù)奶幚砑夹g(shù)來(lái)提升彈簧鋼的性能，最終實(shí)現(xiàn)彈簧鋼的高強(qiáng)度化，實(shí)現(xiàn)最佳合金的效果。

2.1 熱處理技術(shù)

提升彈簧鋼的強(qiáng)度，使得彈簧的疲勞極限不斷提升，這是衡量彈簧鋼質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。通常而言，在淬火以及中溫度回火的環(huán)境下對(duì)彈簧鋼進(jìn)行處理能有效地提升彈簧鋼的強(qiáng)度，使得彈簧鋼的彈性極限值增加。因此，熱處理技術(shù)會(huì)極大程度影響彈簧鋼的質(zhì)量。所以，如何促進(jìn)彈簧鋼的疲勞極限提升，相關(guān)人員仍然需要進(jìn)行深入地研究，通過(guò)對(duì)化學(xué)表面改性或者熱處理，以促使其質(zhì)量提升。為促使氣門彈簧的表面強(qiáng)度提升，使其應(yīng)力承受能力提高，當(dāng)氣門彈簧鋼基本成型以后，相關(guān)人員需要采用滲氮以及低溫液體對(duì)彈簧鋼進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)要經(jīng)過(guò)噴丸方式進(jìn)一步提升彈簧鋼的強(qiáng)度[2]。但是在進(jìn)行滲氮以及液體處理的時(shí)候，要嚴(yán)格地控制處理的時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間不在合理的范圍內(nèi)，彈簧鋼會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)狀的氮化物，這會(huì)極大程度地降低彈簧鋼的疲勞強(qiáng)度。

2.2 合金化

鋼中最主要的強(qiáng)化元素是碳。與其他的合金元素相比，碳對(duì)彈簧鋼的影響最大。以使用的要求為基礎(chǔ)，彈簧鋼材料最好選擇中高碳類型的合金鋼，世界經(jīng)常使用的彈簧鋼中，其含碳量都有一定的范圍，維持在0.45～0.65最為適宜。彈簧鋼的強(qiáng)度在提升之后，彈簧鋼的韌性以及可塑性會(huì)相應(yīng)的降低，為了解決這一問(wèn)題，相關(guān)人員展開(kāi)了相應(yīng)的研究。通過(guò)不斷的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，彈簧鋼可以在低溫回火的環(huán)境中應(yīng)用，在此情況下，彈簧鋼的強(qiáng)度以及綜合力學(xué)性能都較強(qiáng)，彈簧鋼的可塑性以及韌性都有所提升。合金元素在彈簧鋼中具有重要的作用，利用含金勻速有利于提升彈簧鋼的力學(xué)性能，進(jìn)一步改進(jìn)彈簧鋼的工藝水平，同時(shí)增加彈簧鋼的功能，提升其耐高溫性以及耐腐蝕性[3]。

3 我國(guó)彈簧鋼產(chǎn)品的重點(diǎn)發(fā)展方向

3.1 高強(qiáng)度的汽車懸架彈簧用彈簧鋼

由于我國(guó)的彈簧鋼企業(yè)大多生產(chǎn)中低檔的彈簧鋼，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高檔車對(duì)彈簧鋼的使用需求。大多數(shù)彈簧鋼仍然需要大量地依賴國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)的懸架彈簧用鋼生產(chǎn)水平仍處于較低水平。在未來(lái)，汽車的重量會(huì)進(jìn)一步降低，發(fā)展高強(qiáng)度，具有較好的抗彈性以及抗疲勞能力的懸架彈簧用彈簧鋼具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。進(jìn)一步提升本國(guó)的彈簧鋼的生產(chǎn)水平，減少我國(guó)對(duì)國(guó)外彈簧進(jìn)口的需求量。

3.2 發(fā)展異型截面氣門彈簧鋼

與其他的彈簧鋼產(chǎn)品相比較，氣門彈簧鋼對(duì)彈簧鋼的材料提出了更高的要求，尤其是在高應(yīng)力方面，其采用的材料具有特殊性。例如，氣門彈簧鋼需要其強(qiáng)度達(dá)到2 000 MPa，其中氧化物以及硫化物等雜物的等級(jí)要達(dá)到0級(jí)。除此之外，其對(duì)材料的長(zhǎng)短軸以及彎曲率具有特殊的要求。就當(dāng)前而言，日本、瑞典以及韓國(guó)是生產(chǎn)氣門彈簧最集中的國(guó)家，其生產(chǎn)產(chǎn)量幾乎壟斷了我國(guó)的市場(chǎng)，在此情況下，我國(guó)需要不斷地發(fā)展氣門彈簧，達(dá)到高端機(jī)械業(yè)的需求，促進(jìn)彈簧生產(chǎn)自主化。

3.3 大力發(fā)展鐵路提速火車用彈簧鋼

我國(guó)大力發(fā)展高鐵事業(yè)，進(jìn)一步提升了鐵路運(yùn)輸?shù)乃俣取Ｔ谖磥?lái)，高鐵事業(yè)還會(huì)迅速發(fā)展。再次情況下，鐵路火車對(duì)速度提出了更高的要求，制造鐵路火車的各種零部件材料也應(yīng)該要滿足其提速的性能。以鐵路火車設(shè)計(jì)制造的要求為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鐵路提速的專用彈簧鋼以及彈簧鋼進(jìn)行研究已經(jīng)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)內(nèi)容[4]。如：為了進(jìn)一步順應(yīng)重載貨車的要求，彈簧的線趨需要相應(yīng)的增加，這對(duì)彈簧鋼的淬透性提出了更高的要求。鐵路以及貨車長(zhǎng)時(shí)間在環(huán)境惡劣的情況下運(yùn)行，受到外界因素的影響，會(huì)打磨以及腐蝕鐵路等。針對(duì)這種情況，相關(guān)人員在進(jìn)行彈簧鋼制作的過(guò)程中需要不斷地提升彈簧鋼的防腐蝕性，使得其耐蝕性增強(qiáng)，提升彈簧鋼的安全效果。這有這樣才能有效地滿足我國(guó)重載鐵路車輛的運(yùn)輸要求。

3.4 彈簧鋼的主要發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)相關(guān)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鐵路行業(yè)中的彈簧需求在進(jìn)一步增加，其行業(yè)對(duì)彈簧的需求量也高于其他國(guó)家。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的過(guò)程中，我國(guó)的彈簧行業(yè)也將保持穩(wěn)定發(fā)展的狀態(tài)，彈簧產(chǎn)品的規(guī)模會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大[5]。除此之外，在一些新興的產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，如常規(guī)核武器、核電以及飛機(jī)制造等領(lǐng)域也會(huì)加大對(duì)彈簧鋼的需求量。針對(duì)這種情況，我國(guó)需要加大對(duì)彈簧鋼產(chǎn)品的研究，不斷地?cái)U(kuò)大彈簧產(chǎn)品的品種規(guī)格，使得彈簧產(chǎn)品的比例具有較大程度的提升，這樣才能有效地促進(jìn)我國(guó)彈簧產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)相關(guān)人員要致力于對(duì)彈簧產(chǎn)品的研究，使其朝著高強(qiáng)度、高壽命的方向發(fā)展，符合我國(guó)高端器械對(duì)彈簧鋼的需求要求，減少國(guó)外進(jìn)口彈簧鋼的總量。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，汽車行業(yè)、鐵路運(yùn)輸業(yè)都需要彈簧鋼。隨著這些行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)彈簧鋼的使用要求也提出來(lái)更高的要求。因此，相關(guān)部門要重視彈簧鋼的生產(chǎn)，不斷地提升我國(guó)彈簧鋼的使用質(zhì)量。我國(guó)要加大對(duì)彈簧鋼的研究力度，對(duì)彈簧鋼的性能、特點(diǎn)進(jìn)行深入地分析，采用合適的技術(shù)提升彈簧鋼的抗疲勞能力，提升其應(yīng)力，使得彈簧鋼的使用壽命增加，最終減少我國(guó)彈簧鋼的進(jìn)口量。

[1] 霍咚梅, 肖邦國(guó). 我國(guó)彈簧鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展展望[J]. 冶金經(jīng)濟(jì)與管理, 2015(5): 8-11.

[2] 朱彥. 金屬熱處理計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2017(1): 179-181.

[3] 徐德祥, 尹鐘大. 高強(qiáng)度彈簧鋼的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J]. 鋼鐵, 2004(1): 67-71.

[4] 張先鳴. 彈簧鋼高強(qiáng)度化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 現(xiàn)代零部件, 2006(7): 64-66.

[5] 羅聰. 冶金機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)之研究[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2017(1): 185-188.

Development Status and Trend Analysis of High Strength Spring Steel

WANG Xiaodong

(SchoolofEnergyEngineering,ShanxiYulinUniversity,Yulin,Shanxi719000,China)

Our modern transportation industry in our country is developing continuously and transportation industry is one of the industries with the highest demand for spring steel. When the transportation industry is in the process of development, the performance requirements of the spring steel also gradually improve to enhance the strength of spring steel. Spring steel has long life, as is the needs of our social construction. Therefore, the relevant personnel will carry out a lot of research work for spring steel to promote the production quality of spring steel. So, this paper will mainly focus on the development direction from the research on the development of our spring industry, including spring steel high strength and the development of spring steel products, to provide reasonable reference for the quality of spring steel in China.

High strength; Spring steel; Development status; Trend

2017-05-09

2016年度陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(16JK1890)

王筱冬(1983-)，男，陜西榆林人，講師，研究方向：機(jī)械工程，手機(jī)：13891266669，E-mail：135399@qq.com.

TG142.41

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.028