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鈮Nb對(duì)60Si2Mn彈簧鋼表面脫碳敏感性的影響
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時(shí)間：2015-05-18
本項(xiàng)目選取傳統(tǒng)Si-Mn系彈簧鋼中的60Si2Mn，添加微量的Nb，系統(tǒng)研究了Nb對(duì)60Si2Mn彈簧鋼脫碳敏感性的影響。
?????? 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(xiàn)脫碳，將會(huì)導(dǎo)致其表面強(qiáng)度大幅降低。對(duì)彈簧而言，由于其工作條件惡劣，表面強(qiáng)度降低將使裂紋易于產(chǎn)生，從而導(dǎo)致失效。研究表明，鋼表面脫碳0.1mm就會(huì)使其疲勞強(qiáng)度明顯下降。若表層出現(xiàn)鐵素體，會(huì)降低疲勞極限50%，大大降低彈簧的使用壽命，有強(qiáng)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。在目前的工業(yè)生產(chǎn)條件下，對(duì)絕大部分彈簧鋼而言，其表面脫碳問題不可避免。但大量研究表明，采用微合金化技術(shù)是有效降低或避免彈簧鋼表面脫碳的重要手段之一。為此，本項(xiàng)目選取傳統(tǒng)Si-Mn系彈簧鋼中的60Si2Mn，添加微量的Nb，系統(tǒng)研究了Nb對(duì)60Si2Mn彈簧鋼脫碳敏感性的影響。
試驗(yàn)鋼采用50kg真空感應(yīng)爐冶煉，具體成分見表1。對(duì)比鋼為傳統(tǒng)的60Si2Mn彈簧鋼，低鈮鋼和高鈮鋼在對(duì)比鋼的成分基礎(chǔ)上添加了少量微合金元素Nb，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.023%和0.04%。3種試驗(yàn)鋼鍛成Φ30mm×1000mm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(jìn)行熱處理。熱處理為：空氣氣氛中，加熱溫度分別為850、900、950、1000、1050、1100、1150和1200℃，保溫時(shí)間分別為30和60min，保溫后空冷至室溫。熱處理后的試樣經(jīng)鑲嵌、打磨、拋光后，在3%硝酸酒精溶液中進(jìn)行浸蝕，利用金相顯微鏡觀察各試樣的脫碳相貌。按照GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測定法》中的金相法測量脫碳層深度。
表1??3種試驗(yàn)鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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項(xiàng)目
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C
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Si
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Mn
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Nb
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S
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P
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Fe
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對(duì)比鋼
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0.59
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1.63
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0.74
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0
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0.005
|
0.005
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其余
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低鈮鋼
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0.61
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1.67
|
0.74
|
0.023
|
0.005
|
0.005
|
其余
|
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高鈮鋼
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0.60
|
1.66
|
0.73
|
0.040
|
0.005
|
0.005
|
其余
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?
結(jié)果表明：
（1）通過比較對(duì)比鋼與低鈮鋼在等溫等時(shí)的熱處理下生成的脫碳層得知，低鈮鋼的脫碳層深度要明顯低于對(duì)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）本試驗(yàn)中脫碳層厚度的計(jì)算值與實(shí)測值有較好的一致性，說明了脫碳是擴(kuò)散過程。并且得到的計(jì)算值比忽略合金元素影響的原始算法得出的計(jì)算值更接近實(shí)測值，可以較為直觀地體現(xiàn)出合金元素鈮對(duì)碳在奧氏體中擴(kuò)散的抑制作用，也解釋了鈮是通過對(duì)碳擴(kuò)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(jìn)行實(shí)測值和計(jì)算值的對(duì)比，脫碳層深度未隨鈮含量的微量增加而降低，也沒有出現(xiàn)明顯規(guī)律。因此，微量鈮增加對(duì)彈簧鋼60Si2Mn的脫碳敏感性影響不明顯。
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