會員
彈簧鋼的性能將直接決定彈簧的最終使用性能，表面脫碳是影響彈簧性能的主要因素之一。彈簧表面一旦出現脫碳，將會導致其表面強度大幅降低。對彈簧而言，由于其工作條件惡劣，表面強度降低將使裂紋易于產生，從而導致失效。研究表明，鋼表面脫碳0.1mm就會使其疲勞強度明顯下降。若表層出現鐵素體，會降低疲勞極限50%，大大降低彈簧的使用壽命，特別是Si-Mn系彈簧鋼因其Si和C含量較高，有很強烈的脫碳敏感性。因此，改善彈簧鋼尤其是Si-Mn系彈簧鋼脫碳敏感性尤為重要。
試驗鋼采用50kg真空感應爐冶煉，具體成分見表1。對比鋼為傳統的60Si2Mn彈簧鋼，低鈮鋼和高鈮鋼在對比鋼的成分基礎上添加了少量微合金元素Nb，其質量分數分別為0.023%和0.04%。3種試驗鋼鍛成1000mm×Φ30mm的鋼棒，加熱溫度為1080℃，始鍛和終鍛溫度分別為1000和850℃。從鍛后的鋼棒上切取20mm×20mm×20mm的金相試樣，將各端面打磨光滑保證熱處理前試樣表面無脫碳層后進行熱處理。熱處理工藝為：空氣氣氛中，加熱溫度分別為850，900，950，1000，1050，1100，1150和1200℃，保溫時間分別為30和60min，保溫后空冷至室溫。熱處理后的試樣經鑲嵌、打磨、拋光后，在3%硝酸酒精溶液中進行浸蝕，利用金相顯微鏡觀察各試樣的脫碳形貌。按照GB/T224-2008測量脫碳層深度。
表1 3種試驗鋼化學成分（質量分數%）
|
項目
|
C
|
Si
|
Mn
|
Nb
|
S
|
P
|
Fe
|
|
對比鋼
|
0.59
|
1.63
|
0.74
|
0
|
0.005
|
0.005
|
其余
|
|
低鈮鋼
|
0.61
|
1.67
|
0.74
|
0.023
|
0.005
|
0.005
|
其余
|
|
高鈮鋼
|
0.60
|
1.66
|
0.73
|
0.040
|
0.005
|
0.005
|
其余
|
研究結果表明：
（1）通過比較對比鋼與低鈮鋼在等溫時的熱處理下生成的脫碳層厚度得知，低鈮鋼的脫碳層深度要明顯低于對比鋼，表明鈮元素添加可以抑制彈簧鋼60Si2Mn的氧化脫碳，改善其脫碳敏感性。
（2）脫碳層厚度的計算值與實測值有較好的一致性，說明脫碳是擴散過程。并且得到的計算值比忽略合金元素影響的原始算法得出的計算值更接近實測值，可以較為直觀地體現出合金元素鈮對碳在奧氏體中擴散的抑制作用，也解釋了鈮是通過對碳擴散的抑制來減小彈簧鋼60Si2Mn的脫碳敏感性。
（3）由低鈮鋼與高鈮鋼分別進行實測值和計算值的對比，脫碳層深度并未隨鈮含量的微量增加而降低，也沒有出現明顯規律。因此，微量鈮增加對彈簧鋼60Si2Mn的脫碳敏感性影響不明顯。
