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我國油淬火一回火彈簧鋼絲的生產和發展建議彈簧展-2017第十八屆廣州國際彈簧工業展覽會-全球最大彈簧展會-巨浪展覽-
2016年12月23日彈簧展- -全球最大彈簧展會- Spring Industry Exhibition

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     介紹我國油淬火一回火彈簧鋼絲的發展歷史、企業現狀、生產工藝流程和裝備以及與油淬火一回火彈簧鋼絲相關的原料生產情況。針對我國油淬火一回火彈簧鋼絲存在的主要問題，提出了改進油淬火一回火彈簧鋼絲產品質量的建議。
    關鍵詞油淬火一回火彈簧鋼絲生產建議
    隨著我國國民經濟的迅速發展，彈簧行業對油淬火一回火彈簧鋼絲(以下稱油淬火鋼絲)的需求量逐年增長，對油淬火鋼絲的質量要求也愈來愈高。為了適應國內彈簧行業對油淬火鋼絲的需求，我國金屬制品行業在“九五”期間先后從國外引進了幾條油淬火一回火彈簧鋼絲生產設備。以金屬制品研究院中試二廠的管式爐加熱油淬火一回火彈簧鋼絲生產線的建成為標志，國內轎車用油淬火鋼絲的生產和國產化工作拉開了序幕。
    現就本人從事油淬火鋼絲十幾年來的生產經驗以及所了解的金屬制品行業的生產實際，介紹我國油淬火鋼絲的生產情況，并提出幾點建議與金屬制品行業的同仁們共同商榷。
    l 油淬火鋼絲的生產歷史
    油淬火鋼絲的生產已有100多年的歷史，開始是作為鋼絲矯直手段問世的。由于它具有極好的彈性和非常高的疲勞強度，后來就引起了彈簧制造者的注意。到20世紀20～30年代，油淬火鋼絲在北美、西歐已開始廣泛用于制造各種彈簧，以后范圍逐漸擴大。至1939年美國ASTM標準中已列人了油淬火鋼絲，此時油淬火鋼絲的文獻就相當多了。二次大戰期間，油淬火鋼絲作為作戰用的飛機、艦艇、汽車的彈簧材料而得到飛速發展。例如當時被擊落的美國B―29飛機發動機閥門彈簧，就是使用了Cr―V鋼油淬火鋼絲。日本生產油淬火鋼絲開始于1950年，到了20世紀70年代日本和瑞典已是世界上生產油淬火鋼絲的主要產地了。
    我國的油淬火鋼絲的生產起步于20世紀70年代初期。以首特為代表的金屬制品生產企業根據國內市場需要，率先建成我國第一條油淬火鋼絲試驗生產線，并圍繞50CRV、60$i2Mn、65Mn等材料開展了一系列油淬火鋼絲生產工藝的研究，實現了工業化批量生產。
    早期參與我國油淬火鋼絲生產工藝與裝備研究并能見諸文獻的單位有北京鋼鐵學院、天津大學、天津壓縮機氣閥彈簧攻關組、北京特殊鋼廠等單位。采用的生產試驗裝備大體上分兩種形式：一種是電接觸加熱+鉛浴回火連續式生產線；另一種是管式爐加熱+鉛浴回火連續式生產線。由于電接觸加熱受鋼絲的尺寸公差、冶金質量、電壓波動等因素的影響，產品質量始終難以穩定。而管式爐加熱方式生產由于鋼絲溫度易于控制，能源消耗小和無高溫鉛毒公害等優點，一直沿用至今。
    在過去的20―30年中，盡管我國金屬制品行業在油淬火的產品質量方面也投入了不少人力物力，但由于在油淬火鋼絲生產技術和裝備方面沒能及時跟蹤國外的先進技術，加上國內盤條質量一直欠佳等問題的長期困擾，我國油淬火鋼絲的產品質量、生產技術和裝備一直沒有獲得突破性進展。國產油淬火鋼絲的表面質量、冶金質量、通條性能和可靠性不高的問題長期制約著我國彈簧行業的發展。許多彈簧生產廠不得不以高昂的代價通過進口來解決鋼絲原料問題，而國外鋼絲也以其過硬的質量保證迅速贏得了國內彈簧生產廠的信賴。國產油淬火鋼絲和進口鋼絲的質量反差，使得國內從事彈簧制造業的人士對進口鋼絲產生了過分依賴的心理也是不爭的事實。
    隨著我國汽車和摩托車的迅速發展，轎車懸架彈簧、氣門彈簧、摩托車減振彈簧的鋼絲使用量逐步增加。受進口價格、交貨期和付款方式等問題的制約，高應力彈簧材料國產化的呼聲愈來愈高。1995年秋，由金屬制品研究院主辦的“全國高應力彈簧鋼絲生產技術研討會”在鄭州召開。在會上，中試二廠向彈簧行業宣布，1995年底要引進一條高應力油淬火鋼絲生產線，生產國內急需的各種高應力油淬火鋼絲新材料，得到彈簧行業的一致贊同。
    2 我國油淬火一回火彈簧鋼絲的生產企業現狀
    在20世紀90年代以前，我國生產油淬火鋼絲的企業共有3家：首特、陜鋼和中試二廠。由于種種原因，陜西鋼廠在80年代中后期基本停止了油淬火鋼絲的生產。截止到1991年，經冶金部統計的油淬火合金彈簧鋼絲的產量全國僅有483。8t，直徑大于8mm的鋼絲尚不能生產。鋼絲盤重一般小于250kg，鋼絲質量也存在不少問題，遠遠不能滿足彈簧行業的需要。可見我國生產油淬火鋼絲的基礎十分薄弱。隨著“八五”計劃的實施，我國盤條生產朝著大盤重索氏體化方向有了重大進展，油淬火鋼絲的部分盤條的質量狀況才有了明顯改觀，油淬火鋼絲的質量和盤重有了明顯的提高。“九五”期間，我國共引進國外油淬火生產設備3條，主要用于粗規格油淬火鋼絲的生產(66～14Into)。其中，中試二廠管式爐加熱油淬火粒子爐回火連續生產線一條，天津棣華和湖南斯普菱感應加熱淬回火連續生線各一條。另外，南京東吳和上海銀松兩家金屬制品生產企業也利用國產裝備各組建一條感應加熱淬回火鋼絲生產線。‘這些生產線的建成，使我國油淬火鋼絲的產品規格迅速拓展到014mm左右(中試二廠最大可生產016mm)，鋼絲盤重可達1t以上，設備總生產能力已經超過3萬t。裝備水平已經接近或達到20世紀90年代世界先進水平。據悉，上鋼二廠也正準備投巨資加入到油淬火鋼絲的生產行列。
    目前，幾家油淬火鋼絲生產單位都正在致力于提高自身的產品質量和管理水平。尤其是中試二廠已于1997年底，通過IS09002質量體系認證，并正在開展過程FMEA活動，其產品實物質量水平經過近幾年的穩定和提高，部分產品已成功地取代了進口，并在中應力氣門彈簧、摩托車減震彈簧、微型汽車和面包車懸架彈簧方面廣泛使用。中試二廠近期正在致力于轎車懸架彈簧鋼絲和氣門彈簧鋼絲的國產化工作。
    從品種上看，60Si2Mn、55CrSi、65Mn、50Cr~、60Si2Cr等產品的工藝技術都已經成熟。尤其是選用進口原料生產的油淬火鋼絲在市場上深受用戶好評，性能價格比得到大多數彈簧廠的認可。
    另外，從產品開發能力上看，國內油淬火鋼絲的研發能力也正在不斷提高。在原料采購周期許可的情況下，新產品的試制周期也在縮短，可以不斷滿足國內彈簧行業的需要。例如，中試二廠根據市場需要半個月內試制成功了直徑9≤1．0mm的細規格油淬火鋼絲，滿足了用戶需要。
    我們有理由相信，國內油淬火鋼絲的生產隨著其工藝技術的日漸成熟以及裝備水平和管理水平的提高，產品質量趕上和超過進口鋼絲的質量水平已指日可待。特別是加入WTO后，中國汽車零部件關稅最終將降至10％，為汽車工業配套的懸架彈簧?、氣門彈簧等產品的價格也會逐步下降，最終價格也要和國際價格(F0 B價)接軌，某些產品價格只相當于現在的1／2，這為高應力彈簧材料的國產化奠定了良好的市場基礎。
    3 油淬火一回火彈簧鋼絲生產工藝流程和裝備
    3．1 懸架彈簧油淬火鋼絲工藝流程
    原料一表面處理一拉拔一油淬火一回火處理一探傷一涂油一收卷一檢驗一包裝一入庫。
    在國外，懸架彈簧油淬火鋼絲一般不進行原料剝皮處理。拉拔時，根據成品鋼絲直徑來合理安排總壓縮率以確定合適的原料直徑，一般不進行中間退火，工藝流程相對簡單。
    3．2 氣門彈簧鋼絲生產工藝流程
    (1)需要剝皮處理的鋼絲生產工藝流程為：
    原料一剝皮一中間退火一表面處理一拉拔一油淬火一回火處理一探傷一涂油一收卷一檢驗一包裝一入庫。
    (2)不進行剝皮處理的鋼絲生產工藝流程同3．1。
    由于目前引進的生產線在設計上較多地考慮了粗規格鋼絲的生產，收線卷筒和工字輪直徑一般不小于剛800mm，故不適用于直徑小于66．0rani鋼絲的生產。因此，國內氣門簧鋼絲目前主要還是由首特和中試二廠生產，探傷工作尚沒有實施。
    3．3 油淬火鋼絲的生產裝備
    從世界范圍來看，油淬火鋼絲的生產不僅要采用傳統的酸洗、拉絲設備，而且根據產品用途一般還要配備線材表面剝皮機、油淬火生產線和渦流探傷機等關鍵設備。
    (1)線材表面剝皮機。線材表面剝皮機主要用于
    對盤條表面進行剝皮處理，以去除鋼絲表面的各種缺陷，防止盤條缺陷帶到成品鋼絲中，提高鋼絲可靠性。中試二廠和天津棣華引進的剝皮機均屬于“模剝”類型。中試二廠已通過自己的努力實現了剝皮模的國產化，模具壽命已達到進口產品的實物質量水平，剝皮工藝也經歷了批量剝皮的檢驗，基本具備了實用條件，單邊一次剝皮量可達0.05―0.20mm。
    (2)油淬火一回火生產線。油淬火鋼絲生產線是生產調質彈簧鋼絲的核心設備，目前正在使用的有兩種類型：一類是管式爐加熱、油淬火鉛(或粒子爐)回火生產線；另一類是感應加熱淬、回火生產線。這兩種生產方式都是達到鋼絲進行調質處理的手段。管式爐加熱的好處是工藝穩定易于控制、能耗小，對原料的原始組織適應性強，但占地面積大。目前日本杉田的懸架彈簧鋼絲和瑞典加飛騰氣門彈簧鋼絲采用了管式爐加熱；感應加熱生產彈簧鋼絲具有設備集成度高，占地面積少，加熱速度快等優點。實踐證明，兩種生產方式都可以生產出非常優秀的油淬火鋼絲，經反復取樣對比，無論是晶粒大小還是脫碳層深度均可以控制在較好水平上。
    (3)油淬火鋼絲的探傷設備。為了對油淬火鋼絲的表面質量進行連續檢測和把關，傳統的鋼絲兩端取樣酸浸檢查已不能適應彈簧對鋼絲越來越高的表面質量要求，因此必須采用鋼絲無損探傷設備。
    目前的鋼絲渦流探傷設備主要有貫通式和旋轉式兩類，前者適合于點狀或橫向缺陷；后者適合于條狀或縱向連續缺陷。為了對鋼絲的點狀和條狀缺陷進行全面檢測，貫通式+旋轉式進行復合式檢驗也經常運用到鋼絲無損探傷檢驗中，探傷精度一般為0．04ibm，探傷深度小于1．011Uil。由于探傷設備對操作者素質、經驗以及環境條件要求較高，標樣制作難度大，加上現有幾家油淬火鋼絲生產廠在探傷技術掌握和運用上尚處于探索階段，工藝尚不穩定，需要盡快提高和改進，以盡快滿足用戶的迫切需要。
    4 油淬火鋼絲的原料現狀
    線材(盤條)是線材制品生產的基礎性原料，其質量狀況對線材制品質量和生產率都具有十分重要的影響。
    4．1 彈簧鋼盤條的主要生產工藝簡介
    4．1.1 彈簧鋼盤條的冶煉
    從冶煉方式上一般采用以下幾種形式。
    (1)電爐。主要用于普通碳素彈簧鋼盤條的冶煉，如65Mn、70鋼等，主要原料是廢鋼。
    (2)電爐十爐外精煉。為了提高鋼的純凈度，在供需雙方達成協議時，在電爐冶煉的基礎上，可以增加爐外精煉工序。爐外精煉的目的主要是減少鋼中夾雜物數量；降低夾雜物級別；微調鋼水成份(C、Mn、朝、Cr等)；去除鋼中有害元素(如：S、P等)。
    (3)轉爐和轉爐+爐外精煉。由于采用鐵水或鐵水+廢鐵來冶煉彈簧鋼盤條，減少了因廢鋼帶來的雜質和雜質元素，提高了彈簧鋼的原料純凈度，加上爐外精煉措施，可以生產出質量較高的優質彈簧鋼盤條。
    (4)超純凈鋼生產工藝。超純凈鋼生產的提出是基于汽車發動機氣門彈簧的需要而發展起來的一種鋼的冶煉技術。一般采用3個方面的冶煉措施，即首先進行鐵水預處理脫Si、S、P，嚴格控制鋼水中的殘余元素含量；其次采用合適的脫氧和二次精煉工藝，嚴格控制鋼水中0、N、Al、S、P的含量；第三是通過特殊的渣處理技術對夾雜物進行變性處理，使脆性夾雜物轉變成為可塑性夾雜物。經過超純凈冶煉的鋼材夾雜物的最大尺寸(或厚度)小于15um，且呈彌散分布。因把夾雜物對彈簧疲勞壽命的影響降低到最大限度，實現了鋼中夾雜物的無害化，使鋼的性能得到提高。
    4．1．2 彈簧鋼盤條的軋制
    和其它鋼材一樣，彈簧鋼盤條的軋制有著自身的規律。為了防止和減少鋼材表面缺陷、脫碳問題的發生，油淬火彈簧鋼盤條在軋制前鋼坯表面必須進行表面檢查和清理，甚至進行剝皮處理，以防止鋼坯表面缺陷帶人盤條之中，造成嚴重的盤條表面缺陷，如折疊、裂紋、結疤等缺陷。鋼坯的表面檢查和清理比較可靠的辦法是采用磁粉探傷和機械磨削的方法。有些硬線生產單位目前還沿用人工肉眼檢查等方式，已不能適應鋼絲生產越來越高的質量要求，建議盤條生產廠對此進行技術改進和革新。
    4．2 目前我國彈簧鋼盤條的質量現狀
    和進口盤條相比，我國生產的彈簧鋼盤條主要存在以下方面的質量差距：
    (1)國產盤條表面脫碳一般達到(0．5％-1．0％)d，而進口盤條大都在0．5％d以下；
    (2)表面質量欠佳，主要表現在盤條表面裂紋、折疊、劃痕、結疤以及運輸過程中的擦傷等方面，這些缺陷的存在直接導致了國產鋼絲和進口鋼絲質量差距；，
    (3)非金屬夾雜物數量和顆粒大小超標，且Al2O3類剛性不變形夾雜物居多(主要是受煉鋼采用的鋁脫氧劑影響)，在彈簧交變應力的作用下，極易形成裂紋源，造成彈簧早期失效；
    (4)品種規格尚不夠齊全，有些鋼種如優質大盤重55CrSi等盤條，尚在開發和試生產階段，質量還不夠穩定。直徑大于15ibm和直徑小于5．5nlm的盤條訂貨存在一定困難。
    5 油淬火鋼絲生產存在的主要問題
    受彈簧鋼盤條、油淬火裝備和管理等方面的影響，目前我國油淬火鋼絲的生產和質量水平與國外先進水平相比仍有一定差距，總體上看表現在以下5個方面：
    (1)鋼絲的工藝性能尚不夠穩定，表現在繞簧時斷頭次數多；易起塵，污染環境和裝備；彈簧尺寸不好控制等方面；
    (2)用國產鋼絲做成的彈簧疲勞失效率較高，影響了使用者的信心；
    (3)細規格油淬火鋼絲盤重小，盤重差別大，給彈簧生產效率和降低原料消耗帶來不利影響；
    (4)包裝和運輸不能滿足彈簧行業的需要，包裝物易破損，運輸時野蠻裝卸以及不采用防雨措施等經常造成鋼絲表面生銹和損壞，給供需雙方帶來不應有的損失；
    (5)國產油淬火鋼絲探傷率不高，探傷精度也需要提高。
    6 幾點建議
    (1)油淬火鋼絲生產企業應在提高產品質量上下功夫。不僅要及時消化、吸收和發揮現有裝備能力，而且要加強和提高管理水平。通過采用現代質量管理的技術和手段，切實提高產品的穩定性和可靠性，增強彈簧行業對國產鋼絲的信心。
    (2)積極開展鋼絲剝皮和無損探傷方面的科研攻關，研究提高鋼絲可靠性的管理模式和行為模式。在氣門彈簧和懸架彈簧用油淬火鋼絲的質量評價上引入“彈簧失效率”概念，即把在規定的疲勞次數或運行里程中彈簧提前失效率作為評價各鋼絲企業總體質量水平的重要依據，通過積累數據發現國內名牌，引導油淬火鋼絲生產企業步人良性發展軌道。
    (3)在國內油淬火鋼絲生產企業工藝技術和產品質量已取得重大進展的前提下，國內轎車懸架簧生產企業應以更積極的姿態推動轎車用油淬火鋼絲國產化進程。只有彈簧生產企業與原材料生產廠共同努力，才能不斷提高國產鋼絲的質量，最后實現“雙贏”。
    (4)加強同行業的技術交流，推動行業技術進步，從根本上解決國產油淬火鋼絲的質量問題。
    (5)加快現有油淬火鋼絲生產裝備的技術改造和配套工作，完善生產手段，實現氣門鋼絲大盤重周轉和收線。在熱處理過程中通過對鋼絲表面進行清洗和氣體保護，減少鋼絲表面氧化物數量，提高表面質量水平，防止鋼絲在卷簧過程中的粉塵污染。
    (6)改善包裝和運輸條件，為顧客提供優質、快速、便捷的服務質量，更好地滿足彈簧行業的需要。彈簧展-2017第十八屆廣州國際彈簧工業展覽會-全球最大彈簧展會-巨浪展覽-The 18th China(Guangzhou)Int’l Spring Industry Exhibition

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