铌在V型弹片中应用

1. 车悬挂弹簧用微合金钢的开发

随着不断地强调减轻客车重量,人们也V型弹片越来越多地将注意力放在了发展轻型悬挂部件上。集中在开发能承受更高工作应力的弹簧钢，从而允许使用更细的金属线来减少卷曲弹簧的重量。现已开发出一种含微量合金的弹簧钢，其抗拉强度为2000MPa，其断裂韧性与普通的抗拉强度为1725MV型弹片Pa的普通弹簧钢相同。疲劳试验表明，在比目前使用的普通弹簧钢还要高的工作应力下，可以获得非常好的耐疲劳性和耐垂弛性。这些条件的改善可以降低含碳量，并可获得细晶奥氏体组织，同时通过合理的形变热处理可改善V型弹片微合金碳氮化物的分散度。

（1） 钢的化学成分及工艺

表1给出了该钢的标定成分，并检测了各种合金添加物对组织和性能的影响。可以看出该新钢种与其他类钢的显著差别就是含碳量较低，从而很大程度地改善了断裂韧性。该钢是经过电炉冶炼﹑钢包精炼和V型弹片连铸而生产出来的，热轧是在一套装备有斯太摩控制冷却装置的连轧机上进行的。

(2) 在热处理条件下的显微组织和性能

热处理条件是925℃奥氏体化﹑油淬火V型弹片和340℃2小时回火。在微合金化弹簧钢的组织中发现有马氏体块状结构，在孪晶间界带内发现细小弥散的碳化物，有可能是在再加热和热轧过程中未被溶解的Nb和V的碳化物，其拉伸性能见表2，可见微合金化钢具有明显高的屈服强度和拉伸强度。

（3）疲劳性能

该微合金化钢的疲劳极限高于SV型弹片AE9259。

（4）断裂韧性

两种钢的断裂韧性，微合金化钢显出较高的韧性。

总之，开发的该种微合金的弹簧钢可以V型弹片在汽车悬挂装置中有效地用作高应力卷曲弹簧。其较高的抗拉强度和较好的抗疲劳性能可以被用于减轻重量。实现减轻重量将是弹簧设计和钢性能的一个主要任务，并表明可以获得很好的抗疲劳性能和耐垂弛性。

2. 车悬挂弹簧用Nb﹑V沉淀强化弹V型弹片簧钢减重25%

日本多数汽车用SAE9260制作悬挂弹簧，带来诸多安全问题。开发高抗弹减性的弹簧用钢迫在眉睫。SAE9260的典型成分如下例：

Co.59﹑Si2.17﹑Mn0.86﹑P0.025﹑V型弹片S0.010﹑Cr0.15﹑Al0.018。

SAE9260钢中加Nb或Nb﹑V复合，同时能达到细化晶粒，沉淀强化的目的。从而提高弹簧的抗弹减性。

（1）SAE9260加Nb-V处理的特点细化V型弹片晶粒，晶粒尺寸为原钢的1/4。

化学成分A3-A6的奥氏体晶粒度明显优于V型弹片SAE9260,奥氏体化温度越低越优越。

（2）淬透性

淬透性是生产热卷制弹簧的一个重要因素。

Nb-V处理钢的淬透性如曲线示出的末端V型弹片值，实际上是和SAE9260 相当，只表示出Nb-V炭化物完全溶固时的炭含量的作用。似乎与Nb﹑V无关，但当远离端点时，就明显地示出加Nb﹑V的优越性。

回火后的性能

1. 硬度

只加Nb的9260-Cb和不加Nb的926V型弹片0b是处在同一水平，而加V加Nb的9260V-Cb3和只加V的9260-V2也是同样硬化趋势。9260-V2加V0.29。只有9260-V-Cb3最好。

2. 屈服强度

不同Nb﹑V含量钢的回火后硬度和0.05%V型弹片屈服强度,0.2%屈服强度，0.2%扭转屈服强度，在同一硬度水平上加Nb﹑V的9260b要高得多，高出100MPa左右，而扭转屈服强度加Nb﹑V更优越。

（4）铌﹑钒复合处理的抗弹减性

在1030MPa和1128MPa应力条件通过应V型弹片力松弛试验确定抗弹减性。在大生产线卷制弹簧，900℃淬火。回火后在生产线上喷丸处理。

残余剪应变似乎是硬度的函数，随硬度的提高而降低。尽管SAE9260是所有标准规定的弹簧钢中抗弹减性最高，但是加Nb﹑V型弹片V处理的钢抗弹减性是令人兴奋的。这种钢可在高应力下使用，减轻弹簧的重量。

（5）Nb在SAE9260+Nb V沉淀硬化热卷制V型弹片弹簧中的作用在于不改变原SAE9260悬挂弹簧生产线的情况下，实施了SAE9260Nb﹑V处理钢弹簧的生产。

只加Nb在低于1100℃奥氏体化﹑沉淀V型弹片硬化效果，微乎其微，只以细化晶粒提高抗弹减性。但是只加V可产生沉淀V型弹片强化和细化晶粒效果，但钒的碳化物在生产线上的短时间溶于奥氏体中是困难的。试验指出在900℃奥氏体化时只加钒的钒碳化物完全溶解需要10分钟，而V型弹片Nb-V复合加入时只需1分钟。从不改变生产线的观点看，加Nb-V是有道理的。这似乎V型弹片是NbC的存在，促进了钒的溶解。

（6）其他几点结论

1. SAE9260加V对抗弹减性不利，对V型弹片断裂韧性不利。

2. SAE9260-V处理后，对耐蚀性无影响，对腐蚀疲劳无影响。

3. 疲劳性能Nb-V处理钢与原SAE92V型弹片60无差别，疲劳极限均为745MPa，无论是喷丸或研磨表面试验结果表明，钢种间均无别。

4. 加B﹑Nb﹑V处理钢，由于B进一V型弹片步提高淬透性。用该钢扭杆已实用化。

（7）SAE9260加Nb﹑V处理钢的生产V型弹片工艺和热卷弹簧制作，均可沿用SAE9260一系列工艺操作，没有任何困难。