彈簧鋼

彈簧鋼指的是製造各類彈簧及其他彈性元件的專用合金鋼。按性能要求、使用條件可分為普通合金彈簧鋼和特殊合金彈簧鋼。彈簧鋼具有優良的綜合性能，彈簧鋼具有優良的冶金質量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質量（嚴格控制表面缺陷和脫碳）、精確的外形和尺寸。

基本介紹

• 中文名：彈簧鋼
• 外文名：Springsteels
• 國際分類號：77.140.25
• 中國分類號：H40
• 學科：金屬材料
• 分類：普通合金彈簧鋼和特殊合金彈簧鋼

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，即在規定的範圍之內，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，又稱抗鬆弛性能）、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）。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優良的冶金質量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質量（嚴格控制表面缺陷和脫碳）、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制質量和性能的鋼。按照中國習慣，彈簧鋼屬於特殊鋼，製作彈簧鋼的時候技術要求比較高，過硬的技術直接決定品質的高低。

分類

一、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。

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。

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，有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、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、不鏽鋼，選擇一些牌號作為彈簧用鋼。

二、按照生產加工方法分類

⒈ 熱軋 （鍛）鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛制圓鋼、方鋼。

⒉冷拉（軋） 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 （冷拉圓鋼）。

三、按照鋼材交貨狀態分類

⒈ 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。

⒉ 冷拉 （軋） 鋼材

A.鋼絲

① 鹽浴等溫淬火冷拉鋼絲（又稱派登脫處理冷拉鋼絲） 鋼絲製成彈簧後只需進行低溫回火，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。鋼絲製成彈簧後只需進行底溫火，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。

四、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、承受衝擊載荷彈簧鋼、耐高（低）溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。

工藝性能

彈簧在衝擊、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、表面質量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%範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，結合中國資源，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，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質量。

性能要求

彈簧在衝擊、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、表面質量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%範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，結合中國資源，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，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質量。

生產工藝

彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的，必須保證有優良的冶金質量，不僅要保證準確的化學成分，而且要有高純淨度，硫、磷、氧、氮等含量要低，鋼質均勻性、穩定性要好。彈簧鋼的冶金質量應達到優質鋼、高級優質鋼的水平。

彈簧鋼的表面質量和尺寸精度對彈簧的性能和壽命有極大的影響。因為彈簧鋼材交貨狀態的表面除去表面噴丸強化之外不再進行加工，因而也就是成品彈簧的工作表面，原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表面要求極高，對脫碳、裂紋、摺疊、結疤、夾雜、分層等限制極嚴。各種表面缺陷會使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截面的鋼絲為例，成品彈簧的強度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比，鋼絲直徑的微小變化會導致彈簧性能的巨大波動，所以要嚴格控制鋼材的外形和尺寸公差。這樣，彈簧鋼的加工變形（熱軋、冷軋、冷拔等）就十分重要了，必須極認真地對待。

熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表面質量要求較高，可以熱軋態交貨或者經熱處理後交貨，以保證硬度不超過規定值，便於制簧。熱軋材可以冷態製成螺旋彈簧，對於截面尺寸較大者需加熱後製成彈簧。彈簧成型後再經淬火、中溫回火，回火溫度約為350～550℃，以獲得較高屈強比和良好的綜合力學性能。

因熱軋材截面尺寸較大，故應採用淬透性足夠高的牌號，保證心部淬透。若心部出現非馬氏體轉變產物，如鐵素體、貝氏體等，則回火後的性能降低，特別是疲勞性能。

冷拉（軋）彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類鋼材的表面質量和尺寸精度要求格外嚴格。鋼絲的生產工藝有油淬火和冷拉兩種。

油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規定尺寸後再加熱、油淬火和鉛浴回火，故鋼絲出廠時已具備所需力學性能，製成彈簧後只要回火，消除應力即可使用。優點是整批性能均勻，穩定，挺直性好，適於大批量生產，可製造各種重要彈簧，特別是閥門彈簧。牌號有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。

合金彈簧鋼絲也可以冷拉態交貨，或經退火、正火、回火處理後交貨，製成彈簧後再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩定，生產效率也低，成本高，多用於小批量彈簧生產。

此外，最近也研究了用高頻感應加熱處理高強度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續感應加熱裝置上進行淬火和回火，其內部組織均勻、細小，塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優於常規處理的鋼絲。這種鋼絲在美國、日本都已有生產，製造汽車、機車的懸掛彈簧、發動機閥門彈簧，卡車、拖車等的緊急制動彈簧及各種高強度機械彈簧，使用效果令人滿意。另外，感應加熱處理在彈簧扁鋼生產上也得到套用。

還有一種鋼絲生產工藝，即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化後在鉛浴中等溫，生成細小珠光體組織，然後冷拉到規定尺寸。通過調整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學性能，制簧後不需熱處理，只要消除加工應力即可使用。套用這種工藝生產的都是碳素鋼鋼絲，但也有少數合金鋼（如65Mn）鋼絲。

冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經退火後供貨，製成彈簧後再淬火回火處理，或僅回火以消除加工應力。

熱處理規範

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 套用範圍

65780-830 水或油 400-600 線徑小於12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈

65Mn810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧

50CrV850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧

50CrV850-870 油 >58 370-420油 45-52 300C以下工作的高溫彈簧

60Si2MnA860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片

套用實例

1. 65 、70 、85鋼號

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 套用非常廣泛，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。製造各種小截面扁簧、圓簧、發條等，亦可制氣門彈簧、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 中國自行研製的鋼號，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，亦可制其他中等截面尺寸的板簧、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，卷制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可制汽輪機汽封彈簧、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 大截面的各種重要彈簧，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。高溫抗鬆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。

國家標準

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

發布日期IssuanceDate：2007-08-14

實施日期ExecuteDate：2008-03-01

首次發布日期FirstIssuanceDate ：1975-12-24

標準狀態StandardState：現行

複審確認日期ReviewAffirmanceDate ：

計畫編號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:

採用國際標準號AdoptedInternationalStandard

采標名稱AdoptedInternationalStandard Name：

採用程度ApplicationDegree：

採用國際標準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

範圍

本標準規定了熱軋、鍛制、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、標誌和質量證明書等。

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。

引用檔案

下列檔案中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用檔案，其隨後所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用於本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協定的各方研究是否可適用這些檔案的最新版本。凡是不注日期的引用檔案，其最新版本適用於本標準。

GB/T 222鋼的成品化學成分允許偏差

GB/T 223.3鋼鐵及合金化學分析方法二安替比林甲烷磷鉬酸重量法測定磷量

GB/T 223.5鋼鐵及合金化學分析方法還原型矽鉬酸鹽光度法測定酸溶矽含量

GB/T 223.11鋼鐵及合金化學分析方法過硫酸銨氧化容量法測定鉻量

GB/T 223.13鋼鐵及合金化學分析方法硫酸亞鐵銨滴定法測定釩含量

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。

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，尤其是化學表面改性熱處理、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面強度、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，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘餘壓應力，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%，提高了氣門彈簧的熱穩定性和抗鬆弛穩定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應嚴格控制，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，經生產實踐表面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，又可使表面質量得到改善。

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。當今世界各國普遍採用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%。

為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。中國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究，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，矽能抑制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，將促進鋼在軋制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澱強化效果。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。