法国弹簧钢45SiCrV6和54SiCrV6解剖分析.doc

法国弹簧钢45SiCrV6和54SiCrV6解剖分析摘 要 本文对法国弹簧钢45SiCrV6和54SiCrV6的化学成分、显微组织、力学性能和非金属夹杂物进行了分析。并将54SiCrV6和国产弹簧钢54SiCr6的各项性能指标进行了对比，进而分析了这两种弹簧钢国产化的可行性。关键词 弹簧钢 显微组织 力学性能 夹杂物前言45SiCrV6和54SiCrV6是辽阳克索公司从法国进口的弹簧钢剥皮材。由于进口钢材价格比较昂贵，该公司在国内寻找厂家为其生产这两种钢材。54SiCr6是东北特钢集团公司为辽阳克索公司生产的弹簧钢剥皮材，质量稳定，性能较好，所以克索公司希望这两种钢材能够在我们公司生产。为此，对45SiCrV6和54SiCrV6的化学成分、显微组织、夹杂物和力学性能进行了分析，并与东北特钢集团公司生产的弹簧钢类似品种54SiCr6进行了对比分析，分析了这两种钢材国产化的可行性。1 实验方法辽阳克索提供的45SiCrV6和54SiCrV6剥皮材的尺寸分别为11.25mm和14.32mm，东北特殊钢集团公司生产的54SiCr6尺寸为14.5mm。用ARL（4660）直读光谱仪和红外CS分析仪对45SiCrV6和54SiCrV6进行化学元素全分析。54SiCr6的化学成分为实际生产的检验结果。三种钢棒在880淬火后在400回火50分钟，然后将45SiCrV6制成5mm，54SiCrV6和54SiCr6制成8mm的标准试样各2支，在万能拉伸机上做拉伸试验，用布氏硬度机测试剥皮材的布氏硬度。在光学显微镜下观察其剥皮材的原始组织和淬、回火后的显微组织，并观察非金属夹杂物形貌，对其进行评级。2实验结果与分析2.1 化学成分分析三种弹簧钢的化学成分分析结果见表1。表1 三种弹簧钢的化学成分分析结果/钢 种CSiCrVMnPSNiCuAlMoTi45SiCrV6实测0.491.460.480.100.870.0050.0120.090.180.0020.02标准0.400.501.301.700.400.800.070.250.800.900.0250.02554SiCrV6实测0.581.530.530.110.740.0050.0180.080.170.0020.02标准0.510.591.301.700.500.800.070.250.600.900.0250.02554SiCr6实测0.541.380.640.700.0100.0080.060.120.0100.010.006标准0.510.591.201.600.500.800.500.800.0150.0150.200.250.0100.0400.05从表1可以看出，45SiCrV6和54SiCrV6在冶炼时合金元素Si、Cr和V的含量都控制在标准成分的下限，而碳和锰基本上控制在标准成分的上限。这是因为Mn相对于其他元素（Si除外，但是Si含量增加会增加钢中夹杂物的含量）能明显提高钢的强度极限1，而强度极限是弹簧的重要力学性能指标。正是因为如此，在铁素体相对含量较高的45SiCrV6中加入了更多的Mn元素，以提高其强度极限。这两种钢中的杂质元素含量控制的也很低，Al的含量仅为0.002，冶炼时采用的应该是无铝氧化法，此方法可以大幅度降低钢中杂质（氧化物）的含量，从而能很好地提高钢材的纯洁度和钢材的力学性能。从表1中还可以看出国外进口的这两种弹簧钢冶炼时的化学成分很稳定，45SiCrV6和54SiCrV6虽然是两个不同品种的钢材，但是其残余元素的含量基本相同，而且都很低。稳定的化学成分是保证钢材质量和性能稳定的最基本条件。国内钢材很难做到这一点，即使是同一品种，不同炉次的成分波动也较大，从而引起性能的不稳定。对比54SiCrV6和54SiCr6的成分，可以看出54SiCrV6的标准成分除含少量的V外，其它的合金元素和54SiCr6的标准成分基本相同。从实际生产来看，东北特钢集团公司生产的54SiCr6的合金成分中除Cr比法国的54SiCrV6高外，其它合金元素控制得相对较低。10m10m10m(a) 45SiCrV6 (b) 54SiCrV6 (c) 54SiCr6图1 三种弹簧钢轧态的显微组织10m10m10m(a) 45SiCrV6 (b) 54SiCrV6 (c) 54SiCr6图2 三种弹簧钢热处理后的显微组织2.2 显微组织图1为三种钢材的剥皮材（轧后）的显微组织形貌。从图中可以看出45SiCrV6和54SiCrV6钢的轧后为珠光体和少量铁素体的混合组织，显微组织均匀，而且晶粒比较细小，晶粒度均为8.0级，要细于54SiCr6的7级。这主要是45SiCrV6和54SiCrV6中含有细化晶粒的V元素，钢中的V不仅能细化晶粒，而且还有沉淀强化的作用。V起细化晶粒的作用时加入量一般在0.040.12%1,并且随着V加入量的增加细晶强化的效果增强。上述两种钢均采用了细晶强化的上限加入量0.11%，理论上达到了最佳的强化效果。45SiCrV6轧后组织中的铁素体明显多于54SiCrV6中的铁素体，这是由于45SiCrV6中的碳含量较低，因而形成的珠光体量较少。54SiCrV6和54SiCr6的碳含量相当，但是54SiCr6中的铁素体也比54SiCrV6的铁素体含量高，是因为54SiCrV6钢中的合金元素含量较54SiCr6的合金元素要高，尤其是Mn的含量较高，当C含量相同时，Mn能增加珠光体的相对含量1。三种钢材热处理后的显微组织如图2所示。从图中可以看出，三种钢材淬、回火后组织均为的索氏体组织，组织细小均匀。2.3 非金属夹杂物在显微镜下观察这三种钢的夹杂物形貌，发现三种钢材的夹杂物主要是C类夹杂物，54SiCr6中有少量的D类夹杂物。45SiCrV6中C类夹杂物的数量比54SiCrV6的夹杂物的数量少，而且夹杂物的聚集程度也较小。参照国标GB/T1056189评定三种钢材的夹杂物等级如表2所示。从45SiCrV6和54SiCrV6的化学元素分析结果可以看出这两种钢的Al含量非常低，表明这两种钢冶炼时采用的是无铝氧化法，通过EDS分析后发现其主要夹杂物硅酸盐类夹杂中Ca含量较多，所以冶炼时应该采用的是Ca脱氧。三种钢材的C类夹杂物形貌如图3所示。从图3中可以看出，45SiCrV6和54SiCrV6的C类夹杂物主要为粒状，而54SiCr6的C类夹杂物则表现为线状，夹杂物数量相对少一些。表2 钢中的夹杂物级别钢 种A类B类C类D类45SiCrV601.02054SiCrV601.02054SiCr601.021(a) 45SiCrV6 (b) 54SiCrV6 (c) 54SiCr6图3 夹杂物形貌1002.4 力学性能45SiCrV6和54SiCrV6的规格分别11.25mm，14.32mm，54SiCr6为14.5mm。这三种钢材都是经880淬火，40050分钟回火后测得的力学性能如表3所示。从表3可以看出，45SiCrV6的抗拉强度要比54SiCrV6低，但是其延伸率和断面收缩率都比54SiCrV6要高。这主要是由于45SiCrV6中的珠光体主要形成元素C的含量低，所以轧后组织中的珠光体相对含量较少。因为珠光体为硬、脆相，提高基体强度的同时会使其塑性下降2。因而珠光体含量相对少的45SiCrV6强度较低，塑性较好。表3 力学性能测试结果钢 种Rp0.2/N/mm2Rm/N/mm2A/%Z/%硬度/HB45SiCrV61765/17601850/181014/1049/4731154SiCrV61980/20102050/212010.5/1140/4132654SiCr61990/20002040/208011/9.541/3829854SiCr6标准要求190035321由表3中还可以看出，54SiCrV6和54SiCr6的各项力学性能指标非常相似。由前面的成分分析可知，54SiCrV6除含少量的V外，其它成分和54SiCr6的成分也相近。钢中加入V元素会起到沉淀强化的作用，然而54SiCrV6中虽然加入了一定量的V元素，但是与我们公司54SiCr6相比，其力学性能指标并没有显示出明显的优势。钢材的力学性能除了和合金元素有关之外，还与冶炼和轧制过程的控制有密切关系。由此可见，如果54SiCrV6在东北特钢集团公司生产，在生产过程中进行合理的控制，其力学性有可能比法国生产的54SiCrV6要好。从三种钢材轧后的硬度测试结果可以看出，45SiCrV6和54SiCrV6的硬度都比54SiCr6的硬度高。除了V的弥散强化以外，前两者的晶粒也比较细小，也起到了一定的细晶强化的作用，所以硬度会增加。3 结论综合以上的检验结果和分析，可知法国生产的45SiCrV6和54SiCrV6的性能特点及其国产化的可能性如下：（1）45SiCrV6和54SiCrV6的化学成分控制的比较稳定，残余元素以及气体含量基本相同，且含量很低；（2）钢材轧后的组织为珠光体少量的铁素体，晶粒细