浅谈炼钢方式对弹簧钢丝质量和性能的影响

　　随着汽车、摩托车工业的发展，为其配套的弹簧制造业对弹簧钢丝的质量和性能的要求越来越高。弹簧的质量水平很大程度上是由其原材料弹簧钢丝决定的。而我国这类用途钢丝还有部分需要进口。中国加人Wm在即，如何尽快地提高这类弹簧钢丝的质量和性能，满足弹簧行业需要，是制品行业面临的一个课题。
影响弹簧钢丝质量和性能的因素很多，这里主要从钢中气体含量、有害元素含量等方面出发，探讨这些因素对钢丝性能的影响以及这些因素与炼钢方式的内在联系。

1钢中气体
1．1 钢中气体含量对钢丝质量和性能的影响
　　钢中气体主要是溶解在钢中的氢和氮，虽经冶金过程的努力，但不可能完全去除，所有成品钢中总残存着一些气体。
　　(1)钢中的氢对钢丝质量和性能的影响。钢中含氢能使钢材产生白点并引起氢脆，对钢质的危害主要是降低钢的塑性和韧性。白点对钢丝的性能有极为不利的影响，主要表现在拉丝过程中产生裂纹甚至劈裂或成品在使用时裂纹发展造成严重的事故。
钢的氢脆是氢的进入使钢的塑性和韧性降低的结果，它影响钢丝的加工性能和使用性能，比如造成拉丝成簧过程的断裂及成品钢丝的断面收缩率达不到要求；造成钢丝成簧过程的断裂和弹簧的疲劳寿命降低。目前防止钢产生白点和氢脆的方法主要是减少钢中含氢量。
　　(2)钢中的氮对钢丝质量和性能的影响。除少数钢种中氮作为合金元素应用，与钒、钛、铝等形成氮化物提高钢的某些性能外，一般认为氮是有害元素。钢中氮对钢的性能影响主要体现在它能引起钢的淬火时效和变形时效，从而使钢的性能发生变化。
　　时效的发生是由于钢从高温冷却下来时，氮在α―Fe中的溶解随之降低，使钢中氮处于过饱和状态。当回火时或在室温下停留较长时间后，从过饱和α―Fe中析出的弥散分布的超细氮化物，使钢的硬度和强度提高，塑性、韧性降低，即产生了“时效脆性”。对钢丝的影响主要表现在拉拔性能降低，严重时会造成钢丝拉拔时的断裂及钢丝断面收缩率降低，影响弹簧钢丝的成簧性能和弹簧的疲劳寿命。

1．2 炼钢方式和钢中气体含量
　　表1是不同炼钢方式钢中氢和氮的含量对比表，可以看出钢中气体含量依次增加的／顷序为：氧气转炉钢―平炉钢―电弧炉钢。氧气顶吹转炉炼钢法向熔池直接喷吹纯氧，转炉接近于封闭体，外界空气不易进入，碳、氧反应产物可使炉内气氛具有还原性，在这种情况下，熔池内上浮的CO气泡将带走大量的氮和氢，故顶吹转炉钢的气体含量较低。例如用铝脱　　氧顶吹转炉钢生产的盘条，其含氮量的平均值为0．003 7％，而一般电炉钢含氮量达0．0090％；顶吹转炉冶炼的60Si2Mn2盘条，其含氢量(1．0-2．5X10―6，约为一般平炉钢
和电炉钢的一半)。
　　与顶吹转炉和平炉钢相比，电弧炉钢中的氢和氮的含量都高。主要是因为电弧的电离作用使空气和水蒸气离解出的大量氢和氮，在还原中被钢液吸收的缘故。
　　平炉钢的气体含量介于氧气转炉钢和电弧炉钢之间，气体的主要来源是原材料带来的水分、炉气中的氮气分压为(0．65-0．79)X1dh，水汽分压为(0．116-0．214)X1旷h大气压。平炉法冶炼不仅要装入废钢和石灰等造渣材料，而且还要装人大量的铁矿石。

不同炼钢方式钢中氢、氮体积分数

2 钢中有害元素
　　钢中有害元素这里所说的钢中有害元素是指铜、镍、钼、钴、锡等外来元素，它们对钢的性能有较坏的影响。随着炉外精炼技术的发展，气体含量对钢的影响在逐步减少。但目前由于各钢厂受生产成本的影响，还没有能较好解决有害元素的影响。这些元素一旦混入钢中就较难控制和去除，其来源主要是炼钢用的废钢。电弧炉炼钢所用的金属料100％是废钢，这些钢厂一般规模不大，没有自己炼钢厂，所用废钢几乎全靠从金属回收公司获得。因其来源复杂，外来有害元素不易控制。产品质量波动大，应引起使用者的注意。
　　氧气顶吹转炉炼钢法金属料中废钢所占的比例不大，一般情况下厂内废钢基本已能满足需要，很少使用成分变化大的外来废钢，因此其外来有害元素含量可以较好的得以控制。平炉炼钢法金属料中废钢所占的比例较转炉大，需要使用一定的外来废钢，因此其外来有害元素含量介于氧气顶吹转炉钢和电弧炉钢之间。表2列举了不同的冶炼方法碳素弹簧钢丝用钢中外来有害元素的含量，以便比较。

表2 不同冶炼方法碳素弹簧中外来有害元素质量分数

3 试验
　　(1)选取A钢厂分别用平炉和顶吹转炉钢轧制的g8。0mm 65Mn盘条，生产g6，0mm油淬火一回火弹簧钢丝绕制的闭门器用地弹簧进行对比试验，分别挑选6个弹簧做疲劳试验，平炉钢弹簧编号分别：P1、P2、四、P4、P5、P6；顶吹转炉钢弹簧分别编号D1、D2、D3、D4、D5、D6，试验结果见表3。在同样条件下，用平炉钢生产的弹簧钢丝绕成的弹簧疲劳值比用顶吹转炉钢生产的钢丝绕成的弹簧疲劳值平均低10468次。

表3 平炉钢弹簧与顶吹转炉钢弹簧疲劳比对试验

　　(2)选择B钢厂分别用电弧炉和顶吹转炉钢生产的g6．5nlm60Si2MnA盘条制造的直径4．0mm油淬火一回火钢丝绕制的离合器弹簧进行对比试验。分别挑选6个弹簧做疲劳试验。电弧炉钢弹簧编号分S，j：DHl、DH2、DH3、DH4、DH5、DH6；顶吹转炉钢弹簧编号DC1、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6，试验结果见表4。在同样条件下，用电弧炉钢钢丝生产的弹簧疲劳值比顶吹转炉钢钢丝生产的弹簧疲劳值平均低100305次。

表4 电弧炉钢弹簧与顶吹转炉弹簧疲劳对比试验

　　(3)分析。表3以及表4的试验结果，印证了上文的论述。由于顶吹转炉钢在化学成分和纯净度上所具有的特点，用这种炼钢方式生产的钢，较适宜于弹簧钢丝的生产，从而可提高弹簧的疲劳寿命。另外，转炉钢同平炉钢及电炉钢相比，它的冷加工性、抗时效性、抗脆裂折断性都比较好，加工过程中表面产生的缺陷较少，加工硬化少，比较适宜弹簧钢丝的生产和加工，可满足弹簧对钢丝表面日益严格的要求。

4 结论
　　(1)顶吹转炉炼钢比平炉炼钢和电弧炉炼钢具有较大的优势，转炉钢具有气体含量少，有害元素含量低的优点；选择转炉钢盘条生产的弹簧钢丝，能使弹簧的疲劳寿命有一定程度的提高。
　　(2)在钢丝生产和使用工程中，转炉钢同平炉钢及电弧炉钢相比，具有较好的加工性能和使用性能，选择转炉钢能提高弹簧钢丝的质量水平。