合金元素在弹簧钢带中的主要作用是提高力学性能

我们都知道，弹簧钢带对强度有着比较高的要求，使用一般的弹簧钢带在生产完以后往往为了强度问题都会进行热处理。热处理一般在淬火+中温回火的状态下使用，以获得较高的弹性极限。热处理工艺技术对弹簧内在质量有着至关重要的影响。但是，传统弹簧钢带的强度水平难以满足现代工业发展的要求，弹簧钢带力学性能在材料质量确保的前提下取决于合金化工艺，而合金化工艺也应根据所用材料来决定。弹簧钢带高强度化的一个重要途径是充分发挥合金元素的作用，达到至佳合金化效果。

碳是钢中的主要强化元素，对弹簧钢带的影响往往超过其他合金元素。根据使用要求，弹簧钢带材料应是中高碳的合金钢。当今世界各国普遍采用的弹簧钢带，含碳量绝大部分在0.45%～0.65%。

为了克服弹簧钢带强度提高后韧性和塑性降低的难题，也有降低碳含量的趋势。中国对低碳马氏体弹簧钢带进行了深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。实践表明，这些弹簧钢带可以在低温回火的板条状马氏体组织下使用，有足够强度和优良的综合力学性能，尤其是塑性、韧性极好。日本研究开发的几种高强度弹簧钢带，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。

合金元素在弹簧钢带中的主要作用是提高力学性能、改善工艺性能及赋予某些特殊性能(如耐高温、耐蚀)等。

很多弹簧钢带以硅为主要合金元素，它是对弹减抗力影响至大的合金元素，这主要是由于硅具有强烈的固溶强化作用;同时，硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大，改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态，提高钢的回火稳定性。国内钢材牌号中wsi为1.8%～2.2%，是现有标准中含硅至高的弹簧钢带。但硅含量如果过高，将促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，并且使冶炼困难和易形成夹杂物，因此，过高硅含量弹簧钢带的使用仍需慎重。

由于铬能够显著提高钢的淬透性，阻止si-cr钢球化退火时的石墨化倾向，减少脱碳层，因此是弹簧钢带中的常用合金元素，以铬为主要强化元素的弹簧钢带50crv使用较广泛。

锰是提高淬透性至有效的合金元素，它溶入铁素体中有固溶性化作用。研究表明，wmn必须大于0.5%，以使淬火时弹簧钢带心部完全较变为马氏体，但当wmn超过1.5%时，韧性明显下降，这在选择弹簧钢带时应优先考虑的。

钼可以提高钢的淬透性，防止回火脆性，改善疲劳性能，现有标准中加钼的弹簧钢带不多，加入量一般在0.4%以下。

钒是强碳化物形成元素，固态下所析出的细小弥散的mc型碳化物具有很强的沉淀强化效果。在35crmnb钢中加入0.11%v，可显著提高钢的淬透性，还发现钒能有效降低35simnb钢的脱碳敏感性，认为这与钒降低钢中有效固溶碳、防止晶粒长大和阻止晶界扩散并提高抗氧化性有关。

合金化效果的好坏，会影响弹簧钢带至终的质量，所以我们应当把合金元素的效果发挥到比较好的程度。弹簧钢材表面要求极高，对脱碳、裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层等限制极严。各种表面缺陷会使弹簧早期破坏、缩短寿命。以圆截面的钢丝为例，成品弹簧的强度和刚度分别与钢丝直径的三次方和四次方成正比，钢丝直径的微小变化会导致弹簧性能的巨大波动，所以要严格控制钢材的外形和尺寸公差。这样，弹簧钢的加工变形(热轧、冷轧、冷拔等)就十分重要了，必须极认真地对待。