砷對(duì)50CrVA彈簧鋼性能的影響研究

張 偉， 徐 袁， 歐陽(yáng)志

（方大特鋼科技股份有限公司， 江西 南昌 330012）

1 概述

砷與磷同族，是影響高強(qiáng)度彈簧鋼質(zhì)量主要有害元素之一；砷與磷同源，主要由鐵礦石冶煉過程帶入鋼中。砷與磷不同，磷含量可在生產(chǎn)過程中采用科學(xué)手段降低至質(zhì)量要求水平，砷含量目前尚無降低或消除手段，處于自由狀態(tài)，南方鐵礦石砷含量較高，所形成鋼產(chǎn)品均含有較高砷元素。砷作為鋼中一種非合金元素，其含量會(huì)影響鋼的諸多性能，尤其是力學(xué)性能，砷能降低鋼的焊接性能，使鋼的冷脆性增加[1]。研究還表明隨著砷含量的增加，疲勞裂紋擴(kuò)展速度增加[2]。本文研究了不同砷含量對(duì)50CrVA彈簧扁鋼性能的影響，并給出了彈簧鋼中的砷含量控制要求。

選擇幾種不同砷含量50CrVA彈簧鋼坯，軋制成90 mm×20 mm規(guī)格彈簧扁鋼，軋制工藝按現(xiàn)行軋制工藝執(zhí)行，前后兩次取樣，分別用于原材料的冶金質(zhì)量及機(jī)械性能檢測(cè)試驗(yàn)和熱處理工藝性能檢測(cè)試驗(yàn)。

2 原材料檢試驗(yàn)

2.1 化學(xué)成分分析

材上成分檢測(cè)結(jié)果見表1（按As含量從低到高）。

2.2 低倍、脫碳、硬度檢測(cè)

低倍、脫碳、硬度檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果見表2（按As含量從低到高）。

從表2可以看出:當(dāng)w(As)從0.016%逐漸升高到0.105%時(shí)，低倍、脫碳、表面硬度值均符合標(biāo)準(zhǔn)要求且無明顯變化規(guī)律，說明As含量在此范圍內(nèi)對(duì)扁鋼低倍、脫碳、表面硬度無明顯有害影響。

表1 材上化學(xué)成分 %

表2 低倍、脫碳、硬度檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果

2.3 拉力、沖擊性能檢測(cè)

取扁鋼原材料常規(guī)樣和中心樣，分別進(jìn)行拉力、沖擊性能檢測(cè)，常規(guī)樣、中心樣各做2根拉力樣和3個(gè)沖擊樣，分別取平均值后作趨勢(shì)圖，結(jié)果見下頁(yè)圖1—圖 4。

從原材料拉力、沖擊試驗(yàn)結(jié)果可以看出:當(dāng)w(As)從0.016%逐漸升高到0.105%時(shí)，原材料常規(guī)樣機(jī)械性能四項(xiàng)指標(biāo)（屈服、抗拉、延伸、面縮）無明顯變化規(guī)律，沖擊功亦無明顯變化規(guī)律。當(dāng)w(As)從0.016%逐漸升高到0.105%時(shí)，原材料中心樣機(jī)械性能四項(xiàng)指標(biāo)（屈服、抗拉、延伸、面縮）無明顯變化規(guī)律，沖擊功亦無明顯變化規(guī)律。

圖1 不同砷含量對(duì)原材料常規(guī)樣機(jī)械性能的影響

圖2 不同砷含量對(duì)原材料常規(guī)樣沖擊韌性的影響

圖3 不同砷含量對(duì)原材料中心樣機(jī)械性能的影響

圖4 不同砷含量對(duì)原材料中心樣沖擊韌性的影響

3 熱處理工藝性能試驗(yàn)

3.1 化學(xué)成分分析

材上成分檢測(cè)結(jié)果見表3。

3.2 拉力、沖擊性能檢測(cè)

表3 材上化學(xué)成分 %

取扁鋼常規(guī)和中心毛坯樣，按照850℃淬火（油）+450℃回火（水）工藝進(jìn)行熱處理，之后對(duì)毛坯樣進(jìn)行精加工，分別進(jìn)行熱處理后的拉力、沖擊性能檢測(cè)，常規(guī)樣、中心樣各做兩根拉力樣和三個(gè)沖擊樣，分別取平均值后作趨勢(shì)圖，結(jié)果見圖5～圖8。

圖5 不同砷含量對(duì)熱處理常規(guī)樣機(jī)械性能的影響

圖6 不同砷含量對(duì)熱處理常規(guī)樣沖擊韌性的影響

從扁鋼熱處理后的拉力、沖擊試驗(yàn)結(jié)果可以看出:當(dāng)w(As)從0.018%逐漸升高到0.115%時(shí)，熱處理常規(guī)樣機(jī)械性能四項(xiàng)指標(biāo)（屈服、抗拉、延伸、面縮）無明顯變化規(guī)律，沖擊功略有下降。當(dāng)w(As)從0.018%逐漸升高到0.115%時(shí)，熱處理中心樣性能指標(biāo)屈服、抗拉、延伸、沖擊功無明顯變化規(guī)律，當(dāng)w(As)＞0.045%時(shí)，面縮呈較明顯下降趨勢(shì)。

圖7 不同砷含量對(duì)熱處理中心樣機(jī)械性能的影響

圖8 不同砷含量對(duì)熱處理中心樣沖擊韌性的影響

4 結(jié)論

1）當(dāng)w(As)從0.016%逐漸升高到0.105%時(shí)，低倍、脫碳、表面硬度值均符合標(biāo)準(zhǔn)要求且無明顯變化規(guī)律，說明As含量在此范圍內(nèi)對(duì)扁鋼低倍、脫碳、表面硬度無明顯有害影響。

2）原材料常規(guī)樣機(jī)械性能四項(xiàng)指標(biāo)（屈服、抗拉、延伸、面縮）無明顯變化規(guī)律，沖擊功亦無明顯變化規(guī)律；原材料中心樣機(jī)械性能四項(xiàng)指標(biāo)（屈服、抗拉、延伸、面縮）無明顯變化規(guī)律，沖擊功亦無明顯變化規(guī)律。

3）當(dāng)w(As)從0.018%逐漸升高到0.115%時(shí)，熱處理常規(guī)樣機(jī)械性能四項(xiàng)指標(biāo)（屈服、抗拉、延伸、面縮）無明顯變化規(guī)律，沖擊功略有下降；熱處理中心樣機(jī)械性能指標(biāo)屈服、抗拉、延伸、沖擊功無明顯變化規(guī)律，當(dāng)w(As)＞0.045%時(shí)，面縮呈較明顯下降趨勢(shì)。

4）綜上所述，建議高強(qiáng)度彈簧鋼的w(As)應(yīng)不大于0.045%為宜。