彈簧鋼（spring steel）是指由于在淬火和回火狀態下的彈性，而專門用于制造各種彈簧或要求彈性變形能力、減緩振動和沖擊作用、較高疲勞強度零件的專用結構鋼，如汽閥彈簧、儀表彈簧、高壓油泵柱塞簧等，代表鋼號有65、65Mn、60Si2Mn、60Si2CrV、60CrMn等。彈簧鋼廣泛用于飛機、鐵道車輛、汽車、拖拉機等運輸工具和工程機械等各種設備，是制造各種螺旋簧、扭簧、板簧及其類似作用的其他形狀彈簧的鋼種。
彈簧（spring）的主要作用是儲存能量，起消振、緩沖的作用。因此，彈簧鋼必須具有高的彈性極限與屈服強度，高的疲勞極限及足夠的沖擊韌度和塑性。按照化學成分來分，彈簧鋼主要有碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼兩大類，碳素彈簧鋼碳的質量分數為0.62%-0.90%；合金彈簧鋼的碳質量分數為0.4%~0.74%；彈簧鋼加入的合金元素主要有Si（硅）、Mn（錳）、Cr（鉻）、V（釩）、W（鎢）等。按照供貨狀態來分，彈簧鋼又分為熱軋彈簧鋼和冷拉彈簧鋼。其成形工藝主要分為冷成形和熱成形兩種。
歷史沿革
世界發展史
高強度彈簧鋼在國外的研究起步較早，牌號比較齊全，力學性能、透性和抗疲勞性能等基本上可以滿足目前的生產和使用要求。早在20世紀80年代，日本愛知制鋼即已研制出SUP7彈簧鋼，神戶制鋼所在SUP7的基礎上研發了SRS60高強度彈簧鋼， 設計應力為1100MPa，抗拉強度可達1960MPa。1991年，神戶制鋼再次研發出中低碳高硅超高強度彈簧鋼UHS1900和UHS2000，設計應力分別為1200和1300MPa。日本大同特殊鋼也成功研制了設計應力為1300MPa的ND250S彈簧鋼，隨后又成功研制了ND120S，相比于SUP7，質量減少20％。美國Rock Well和Inland公司利用Nb-V微合金化，改進了SAE9254和SAE9259彈簧鋼，該鋼種的抗拉強度可達1960MPa。韓國浦項鋼鐵公司在SAE9254的基礎上，通過調節硅含量至2.5％，并加入了0.2％V和2.0％Ni，成功研制出一種抗彈性減退及抗疲勞性能良好的高強度彈簧鋼。
中國發展史
中國彈簧鋼的發展經歷了一個從效仿蘇聯鋼號到自主發展，最后向國際標準靠攏的過程。中國正式生產彈簧鋼的歷史始于20世紀50年代初期。1952年中國頒布了第一個部級彈簧鋼標準。它是以前蘇聯標準為藍本，所有彈簧鋼鋼種、生產工藝、技術條件等都取自于前蘇聯標準。當時各鋼廠的主要生產設備都是20世紀40年代以前的，性能落后，雖然生產出的彈簧鋼質量和性能均不高，但仍然有力地支持了機械等工業部門的發展，在國家經濟建設中起了一定的作用，掀開了中國彈簧鋼發展史的第一頁。
隨著中國汽車工業的誕生，對彈簧鋼提出了新的要求。20世紀50年代中期，中國的汽車工業基地一長春第 一汽車制造廠開始用中國自主生產的60Si2Mn扁鋼制造彈簧，并裝備在解放牌汽車上。在此之后，彈簧鋼的生產技術、產量、質量等都有了較大提高。20世紀60年代后，中國相繼開發出以碓錳系為基礎的新型彈簧鋼。這些新型鋼種各具特點，其中尤以55SiMnVB最為突出，用于制造單面雙槽扁鋼、平扁鋼等，成為東風汽車集團有限公司東風牌汽車的主要彈簧用鋼，并先后納人彈簧鋼標準GB 1222-75和GB 1222-84 中。這些新鋼種的研制成功，標志著中國彈簧鋼開始了獨立自主的發展階段。
20世紀五六十年代，生產冷拉碳素鋼和合金鋼彈簧鋼絲，并建立了相應的標準。0年代后期，彈簧鋼絲品種不適應使用要求的矛盾日漸突出。為滿足軍工、汽車、儀表、機械等工業發展的需要，70 年代初開始研制油淬火——回火彈簧鋼絲（簡稱油淬火彈簧鋼絲，國外一般稱油回火彈簧鋼絲）。這種成分的鋼絲性能優良，可以滿足高性能要求，如可用于制造汽車發動機閥門彈簧，是中國彈簧鋼絲制造水平提高的一個重要標志，填補了國內空缺。
20世紀80年代以前，中國彈簧鋼都是以硅錳系為主，彈簧鋼標準依然沿用了蘇聯的標準體系。20世紀80年代，中國對標準彈簧鋼號做了調整。調整后的鋼種與大多數國家以及國際標準非常接近。進入80年代后期，確定了中國彈簧鋼絲標準體系，標志著中國鋼簧鋼絲制造水平從第一二階段向第三階段過渡。
材料性能
化學成分
由于彈簧鋼的性能要求以強度為主，因此它的化學成分有以下特點：
具備性能
彈簧鋼是指用于制造各種彈簧的鋼種。在各種機器設備中，彈簧的主要作用是吸收沖擊能量，緩和機械振動和沖擊。例如，用于汽車、拖拉機和機車上的板彈簧，它們除了承受車廂及載物的巨大重量外，還要承受因地面不平所引起的沖擊載荷和振動，使汽車、火車等車輛運行平穩，以免某些零件因受沖擊而過早地破壞。此外，彈簧還可儲存能量使其他機件完成事先規定的動作，如氣閥彈簧、高壓油泵上的柱塞簧及噴嘴簧等，可以保證機器和儀表的正常工作。根據以上的工作條件，彈簧鋼應具有以下性能：
鋼種分類
按照化學成分來分，彈簧鋼主要有碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼兩大類，碳素彈簧鋼碳的質量分數為0.62%-0.90%；按照錳含量分為一般錳含量（質量分數）（0.50%~0.80%）如65、70、85和較高錳含量（質量分數）（0.90~1.20%），如65Mn兩類；合金彈簧鋼的碳質量分數為0.4%~0.74%；彈簧鋼加入的合金元素主要有Si（硅）、Mn（錳）、Cr（鉻）、V（釩）、W（鎢）等。按照供貨狀態來分，彈簧鋼又分為熱軋彈簧鋼和冷拉彈簧鋼。
碳素彈簧鋼
常用碳素彈簧鋼有65、70、85、65Mn等。這類鋼價格較合金彈簧鋼便宜，熱處理后具有一定強度，但淬透性差，當直徑大于12~15mm時，油淬不能淬透，使得彈性極限和屈強比降低，彈簧的壽命顯著降低。如用水淬又易開裂與變形。故碳素彈簧鋼只適宜作直徑小于10mm的不太重要的彈簧。這類彈簧能承受靜載荷及有限次數的循環載荷。其中以65Mn在熱成型彈簧中應用最廣。
合金彈簧鋼
60Si2Mn鋼是合金彈簧鋼中最常用的鋼號，它比碳素彈簧鋼有較高的淬透性，油淬臨界淬透直徑為20~30mm；彈性極限高，屈服強度可達1200MPa，屈強比與疲勞極限也較高；工作溫度一般在230℃以下。主要用于鐵路機車、汽車、拖拉機上的鋼板彈簧。50CrVA鋼的力學性能與硅錳彈簧鋼相近，但淬透性更高，油淬臨界淬透直徑為30~50mm。常用作大截面的承受應力較高的或工作溫度低于300℃的彈簧。
制造工藝及熱處理
彈簧的制造工藝多種多樣，但其成形工藝主要分為冷成形和熱成形兩種。彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的，必須保證有優良的冶金質量，不僅要保證準確的化學成分，而且要有高純凈度，硫、磷、氧、氮等含量要低，鋼質均勻性、穩定性要好。
冷成形彈簧
對于直徑較細或厚度較薄的彈簧，可以先進行強化處理(冷變形強化或熱處理強化)，然后卷制成形，最后進行回火和穩定尺寸。根據強化方式的不同，可以分為以下三種情況：
以上三種強化方式的鋼絲在冷卷成彈簧之后，必須進行回火，以消除應力，穩定尺寸。其回火溫度一般為250~300℃，保溫1h后空冷。應當指出，對于退火狀態供應的鋼絲，冷卷成形后，仍須進行淬火、回火處理。才能達到所要求的力學性能。
熱成形彈簧
這類彈簧多用熱軋鋼絲或鋼板制成，現以汽車板簧為例，其熱成形制造彈簧的工藝路線大致如下：扁鋼剪斷→熱卷成形后淬火并中溫回火→噴丸→裝配。在淬火加熱時，為了防止氧化和脫碳，應盡量采用快速加熱，最好是在鹽爐或帶有保護性氣氛的爐中進行，淬火后盡量快回火，以防延遲斷裂。對于含Si彈簧鋼來說，回火溫度一般為400~450℃，其組織為回火托氏體。此時的馬氏體已充分分解，分解出的滲碳體以細小顆粒狀分布在α相基體上；α相的回復過程也已充分進行，開始多邊化，但亞結構尚未長大；鋼中的殘留奧氏體已經分解，內應力已大幅度下降。鋼的彈性極限達到了最高值。
彈簧鋼也可以采用等溫淬火，使鋼在恒溫下轉變為下貝氏體，可提高鋼的韌性和強度。如果在等溫淬火后再在等溫溫度進行補充回火，則能進一步提高鋼的比例極限和延遲斷裂抗力。彈簧的表面質量對使用壽命影響很大，表面微小的缺陷如脫碳、裂紋、夾雜、斑痕等，均可使鋼的疲勞強度降低，因此彈簧熱處理后還用噴丸處理來進行表面強化，使表面層產生余壓應力，提高其疲勞強度。試驗表明，60Si2Mn鋼制作的汽車板簧經噴丸處理后，使用壽命提高了5~6倍。
金相檢驗
彈簧鋼的金相檢驗內容主要有表面脫碳、顯微組織、非金屬夾雜物和游離石墨碳檢驗等。
表面脫碳層檢驗
彈簧類零件對表面質量要求很高，對表面脫碳的控制也十分嚴格，彈簧表面脫碳會降低零件疲勞強度和使用壽命，一般脫碳層深度是根據材料的直徑或厚度的百分數來確定的，而且冷拉材料的檢驗要比熱軋材料嚴格，表面脫碳檢驗按照GB/T224-2019《鋼的脫碳層深度測定法》進行。
顯微組織檢驗
顯微組織檢驗包括原材料檢驗、預備熱處理檢驗(球化退火等)和最終熱處理檢驗。彈簧鋼的檢驗可參照JB/T10591-2007《內燃機氣門彈簧技術條件》、JB/T 9129-2000《60Si2Mn鋼螺旋彈簧金相檢驗》進行。
非金屬夾雜物檢驗
彈簧鋼的材質要求高于一般工業用鋼，要嚴格控制材料的內部缺陷，非金屬夾雜物的存在容易引起應力集中并形成裂紋源，對材料的強度、韌性和疲勞極限影響很大，因此彈簧鋼要求純凈度高，非金屬夾雜物少，表面質量高。非金屬夾雜物檢驗按照GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》進行。
游離石墨碳檢驗
彈簧鋼的含碳量比調質鋼高，主要添加的合金元素是硅，它可以顯著提高材料的屈服強度，如果熱處理操作不當，使碳易于石墨化，即分解出游離石墨，會嚴重降低鋼的塑性，出現黑脆斷口，這種缺陷不能用熱處理和熱加工方法改善和消除，因此彈簧鋼對于石墨碳是嚴格控制或不允許的，石墨碳檢驗按照CB/T13302-1991《鋼中石墨碳顯微評定方法》進行。
行業標準
國際標準
ISO標準
在國際標準中，彈簧鋼的標準號ISO683:149-2004《熱處理用鋼、合金鋼及易切鋼第14部分》。
規定鋼種
有以下7個系列中的12個牌號：①硅Mn系的3個：38Si7、46Si7、60Si8；②Si-Cr系的3個：56碳化硅r7、61SiCr7、55SiCr6-3；③Si-Cr-V系的1個：55SiCrV6-3；④錳Cr系的2個：55Cr3、60Cr3；⑤Cr-Mo系的1個：60CrMo3-3；⑥Cr-V系的1個：51CrV4；⑦Cr-Mo-V系的1個：52CrMoV4。
規定的質量項目
質量項目被記載于標準的要求事項中，其內容包含：化學成分、硬度、淬透性與硬化層、剪切性、顯微組織、表面質量及脫碳、形狀、尺寸及允許誤差的規定。
EN標準
在歐洲標準中，彈簧鋼的標準號為EN10089-2008《淬回火用熱軋鋼》。
規定鋼種
規定鋼種記載于標準的第7章要求中，有9個系列的19個牌號：①硅Mn系的3個：38Si7、46Si7、56Si7；②錳Cr系的2個：55Cr3、60Cr3；③Si-Cr系的3個：54碳化硅r6、56SiCr7、61SiCr7；④Cr-V系的1個：51CrV4；⑤Si-Cr-V系的3個：45SiCrV6-2、54SiCrV6、60SiCrV7；⑥Si-鉻Mo系的2個：46SiCrMo6、50SiCrMo6；⑦Si-Cr-Ni系的1個：52SiCrNi5；⑧Cr-Mo-V系的1個：52CrMoV4；⑨Cr-Mo系的3個：60CrMo3-1、60CrMo3-2、60CrMo3-3。
規定的質量項目
與ISO標準基本相同。
BS標準
英國彈簧鋼標準為BSEN10089-2002，其內容與EN10089標準相同。7個系列中的18個牌號：①硅Mn系的3個：251A58、251A60、251H60；②錳Cr系的2個：525A58、525H60；③Cr-Mo系的6個：525A60、525A61、704A60、705A60、704H60、705H60；④Si-Cr系的2個：685A57、685H57；⑤Cr-V系的1個：735A51、735A54、735H51；⑥Si-Mo系的1個：925A60；⑦Cr-Mo-Ni系的1個：805H60。
DIN標準
德國標準DINEN10089-2003的標準內容與EN10089標準相同。其主要有5個系列6個牌號：①硅Mn系的3個：38Si7；②Si-Cr系的2個：54碳化硅r6、60SiCr7；③錳Cr系的1個：55Cr3;④Cr-V系的1個：55CrV4；⑤Cr-Mo-V系的1個：51CrMoV4。
JIS標準
日本彈簧鋼的標準為JISG4801，共有6個系列8個牌號：①Si-Mn系的2個：SUP6、SUP7；②Mn-Cr系的2個：SUP9、SUP9A；③Cr-V系的1個：SUP10；④Mn-Cr-B系的1個：SUP11A；⑤硅Cr系的1個：SUP12；⑥Cr-Mo系的1個：SUP13。
美國標準
美國彈簧鋼標準比較復雜。在ASTM標準中將彈簧鋼規定在A689-1997中的彈簧用碳素鋼及合金鋼的標準范圍。標準相當廣泛規定了AISI1000系、4000系、5100系、6100系、8600系、9200系及B鋼的10B00系、15B00系、50B00系、51B00系。在SAE標準中，特別沒有彈簧鋼，可以從SAE標準中的C系、Cr-Mo系、Mn-Cr-B系等多種鋼中選擇。
中國國家標準
以上參考
發展趨勢
向高強度方向發展
提高設計應力、減輕質量是彈簧鋼的發展方向。影響彈簧鋼設計應力的兩個主要因素是抗疲勞性能和抗彈減性能．新一代彈簧鋼不僅應具有超高強度，還應有超高疲勞強度和耐腐蝕疲勞性能，優良的抗彈減性能以及良好的經濟性。為實現此目標，主要采取的途徑有以下兩種：
向高彈減抗力方向發展
決定彈簧許用應力的主要因素是彈減抗力，因此提高彈減抗力一直是高強度彈簧鋼研究開發的重點。彈簧材料的彈減抗力是材料抵抗塑性變形或承載能力下降的能力。如果僅從材料本身來看，為了提高彈減抗力，應從選擇合適的化學成分入手，再配合恰當的熱加工和熱處理工藝，以獲得理想的微觀組織、晶粒度、第二相質點和硬度等。
向高純凈度方向發展
追求高純凈度是所有高品質鋼的一般要求，尤其是對疲勞性能要求較高的鋼種，對其中的雜質元素含量均有嚴格的限制。彈簧鋼生產企業應從冶煉工藝及連鑄工藝兩方面入手，采取加強原料管理、合理配料、精料入爐，強化冶煉操作、優化冶煉工藝，改進脫氧和造渣制度、強化爐解精煉等措施，生產高純凈度彈簧鋼。
向高韌性和高耐蝕性方向發展
隨著溫度的降低，金屬材料的韌性會下降。在冬季低溫條件下運行的車輛，其懸架系統可能發生脆斷，因此具有高的低溫沖擊韌性也是彈簧鋼發展的必然趨勢。作為一種重要的機械零部件結構材料，往往在化學成分設計時就要考慮其抗蝕性。長期在惡劣環境下工作的汽車懸架系統等，對耐蝕性有較高的要求。因此，向高韌性和高耐蝕性方向發展是新一代超高強彈簧鋼的新特征。
參考資料 >
各國彈簧鋼的技術標準.我的鋼鐵網.2023-11-23
工標網-查詢 【GB 1222】標準.工標網.2023-11-23
全國標準信息公共服務平臺.全國標準信息公共服務平臺.2023-11-23