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铌Nb对60SiMn弹簧钢表面脱碳敏感性的影响
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-08-15
钢表面脱碳0.1mm就会使其疲劳强度明显下降。若表层出现铁素体，会降低疲劳极限50%，大大降低弹簧的使用寿命，特别是Si-Mn系弹簧钢因其Si和C含量较高，有很强烈的脱碳敏感性。因此，改善弹簧钢尤其是Si-Mn系弹簧钢脱碳敏感性尤为重要。
弹簧钢的性能将直接决定弹簧的最终使用性能，表面脱碳是影响弹簧性能的主要因素之一。弹簧表面一旦出现脱碳，将会导致其表面强度大幅降低。对弹簧而言，由于其工作条件恶劣，表面强度降低将使裂纹易于产生，从而导致失效。研究表明，钢表面脱碳0.1mm就会使其疲劳强度明显下降。若表层出现铁素体，会降低疲劳极限50%，大大降低弹簧的使用寿命，特别是Si-Mn系弹簧钢因其Si和C含量较高，有很强烈的脱碳敏感性。因此，改善弹簧钢尤其是Si-Mn系弹簧钢脱碳敏感性尤为重要。
试验钢采用50kg真空感应炉冶炼，具体成分见表1。对比钢为传统的60Si2Mn弹簧钢，低铌钢和高铌钢在对比钢的成分基础上添加了少量微合金元素Nb，其质量分数分别为0.023%和0.04%。3种试验钢锻成1000mm×Φ30mm的钢棒，加热温度为1080℃，始锻和终锻温度分别为1000和850℃。从锻后的钢棒上切取20mm×20mm×20mm的金相试样，将各端面打磨光滑保证热处理前试样表面无脱碳层后进行热处理。热处理工艺为：空气气氛中，加热温度分别为850，900，950，1000，1050，1100，1150和1200℃，保温时间分别为30和60min，保温后空冷至室温。热处理后的试样经镶嵌、打磨、抛光后，在3%硝酸酒精溶液中进行浸蚀，利用金相显微镜观察各试样的脱碳形貌。按照GB/T224-2008测量脱碳层深度。
表1 3种试验钢化学成分（质量分数%）
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项目
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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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对比钢
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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
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0.005
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其余
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低铌钢
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0.61
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1.67
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0.74
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0.023
|
0.005
|
0.005
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其余
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高铌钢
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0.60
|
1.66
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0.73
|
0.040
|
0.005
|
0.005
|
其余
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研究结果表明：
（1）通过比较对比钢与低铌钢在等温时的热处理下生成的脱碳层厚度得知，低铌钢的脱碳层深度要明显低于对比钢，表明铌元素添加可以抑制弹簧钢60Si2Mn的氧化脱碳，改善其脱碳敏感性。
（2）脱碳层厚度的计算值与实测值有较好的一致性，说明脱碳是扩散过程。并且得到的计算值比忽略合金元素影响的原始算法得出的计算值更接近实测值，可以较为直观地体现出合金元素铌对碳在奥氏体中扩散的抑制作用，也解释了铌是通过对碳扩散的抑制来减小弹簧钢60Si2Mn的脱碳敏感性。
（3）由低铌钢与高铌钢分别进行实测值和计算值的对比，脱碳层深度并未随铌含量的微量增加而降低，也没有出现明显规律。因此，微量铌增加对弹簧钢60Si2Mn的脱碳敏感性影响不明显。
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