弹簧钢中非金属夹杂物控制关键技术

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各

种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。

弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下，经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐

蚀等多种作用，有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外，

造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳

性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面，

由于钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变

形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显

著。因此，提高弹簧的疲劳寿命，关键要提高弹簧钢的洁净度，因此就要降低氧

含量，减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。

（1）不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢

中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线，以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、

Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预

测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响，研究表

明高碱度有利于氧含量的降低，低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢

液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型，可以预测钢液凝固和冷

过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。（2）铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优

化卢比全流程夹杂物演变规律的对比，可以看出，合金的选择对于夹杂物的性质

会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大，优化合金可以有效的

控制夹杂物中 Al2O3 含量，而对于 MgO 含量影响不大，提升夹杂物塑性化比例。（3）弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种：一种是降

低钢中总氧，获得高的洁净度，即采用强脱氧剂 Al 脱氧，将钢中绝大部分溶解

氧转化为 Al 2 O 3 ，然后通过炉渣吸收，吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段

促进夹杂物上浮，达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种

类、形貌、大小、分布的方法，采用 Si 脱氧，严格控制钢中 Al 含量，避免

Al 2 O 3 的析出，这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢，但是夹杂物

低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物，疲劳极限优于 Al 脱

氧弹簧钢。