随着经济和环境压力的不断增长,使得汽车产业精益求精,以减轻重量。例如螺旋弹簧重量从1975年的4kg降到现今的2kg,减轻了一半。这主要是由于改进了设计,进步了硬度(目前硬度为52~56HRC)。较高的强度不仅可减轻重量还可进步耐弯曲变形性能,同时也为悬架系统的新型设计提供了可能。但是,较高的硬度意味着在疲惫和腐蚀疲惫过程中表面缺陷的敏感性增大。确实,高强度悬架弹簧的断裂主要产生于腐蚀坑。因而,为了确保可靠性,除了进步强度外,还应具有好的塑性(冲击韧性)和耐腐蚀性。
设计螺旋弹簧用高强度钢最大的挑战是确保在高硬度下,同时具有良好的塑性和耐腐蚀疲惫性能及公道的本钱。日本神户钢铁和ASCOM金属联合进行了高强度弹簧的一种新型钢种(HRC>55)的开发。这类钢的设计思路是:加进可控合金元素和微合金化元素来改善钢的疲惫、腐蚀疲惫和耐弯曲变形性能。结合这些元素对硬度、耐腐蚀性、腐蚀坑的形貌、耐氢脆性、韧性及本钱的影响来精确控制合金元素的含量。
研究发现,降低含碳量可改善耐腐蚀性、冲击韧性和塑性。但是,在含碳量降低的情况下要获得相同的强度,必须降低回火温度,应尽可能将碳含量控制在0.45~0.55wt%;硅可进步屈服强度和韧性,但是在热处理的过程中硅也轻易导致脱碳,因此,将硅含量控制在1.6~2.1wt%;调整加进Cr、Ni、Cu,控制腐蚀坑形貌,来改善耐腐蚀性和耐腐蚀疲惫性能,获得要求的淬硬性和保持足够低本钱来确保新钢种的经济性;微合金化元素Ti、V、Nb可使钢中有细小弥散分布的碳氮化物析出相,这些析出相特别是含V的析出相有利于获得较高的硬度和屈服强度。Nb、Ti和少量V,在奥氏体化过程中有助于控制晶粒尺寸,获得细小的组织,从而改善韧性、耐腐蚀性和耐弯曲变形性能。
与SiCr钢相比,这类钢具有优良的耐氢脆性能、韧性和耐腐蚀性能,能满足在承受高应力(1300MPa)下进步耐腐蚀疲惫性的较高质量弹簧的需要。这些钢的化学成分差异使得用户可以根据需要通过调整本钱、腐蚀疲惫和韧性来选择最佳成分组合。