改善汽车用弹簧钢迟延断裂敏感性的技术

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1、为提高汽车悬吊弹簧钢的强度，必须减小在腐蚀环境下因氢造成的迟延断裂敏感性。通过采用低应变速度抗拉试验（SSRT试验）、氢热分析法和银染色法调查了浸渍在308K的5mass%NaCl溶液中试样的耐点状腐蚀性对因干湿反复腐蚀而产生的迟延断裂敏感性的影响，得出结论：(1)含有Ni、Mo和少量B的弹簧钢的耐点状腐蚀性(V’cq100)比只含Ni和Mo的弹簧钢高；(2)根据SSRT试验结果计算的标准化最大载荷和到达破损的时间可知，在添加有效合金元素的情况下，当V’cq100提高时可以改善迟延断裂敏感性；(3)对带锈层和不带锈层的试样进行的氢热分析表明，在6

2、73K~773K之间存在着异常的氢峰值；(4)采用银染色法调查发现，在腐蚀反应过程中，这一峰值的氢是在锈层-钢界面产生和富集的氢；(5)随着在锈层-钢界面富集氢量的增加，到达标准化断裂的时间会缩短；(6)结果表明，添加有助于提高V’cq100的合金元素后，由于减少了干湿反复腐蚀反应产生的氢量，因而有助于减小高强度弹簧钢的迟延断裂敏感性。　　1．前言　　作为地球环保措施之一，各产业都在积极减少CO2排放量。其中，由于汽车在行驶过程中排放的CO2量最高，为减少汽车在寿命周期内CO2的排放量，汽车制造商对降低汽车燃耗技术进行了大量的研究。为降低汽车行驶

3、时的燃耗，最有效的办法是减小汽车的摩擦损耗和提高发动机整体的燃烧效率，其次是降低车身重量，因此，汽车制造商强烈要求提高汽车用材料的强度，以减轻部分零部件的重量。为满足这一要求，钢材制造商开发了各种高强度汽车用钢材并应用于实际，例如，开发了最大扭应力(τmax)为1200~1300MPa级的高强度弹簧钢应用于汽车悬簧，它是通过提高应力来减轻钢材的重量。　　众所周知，提高钢材强度会增加由使用环境侵入的氢，从而产生的对迟延断裂的敏感性。关于各种冶金因素对高强度螺栓用钢和高强度PC棒钢在实际应用时的迟延断裂特性的影响，进行了很多研究。关于迟延断裂机理，以

4、前就提出了各种见解。近年来，南云根据以往的大量研究结论，以钢中氢和钢的力学行为为重点，进行了包括材料设计在内的解析。另一方面，关于迟延断裂特性的评价方法，虽然还未有标准的评价方法，但通过改进氢的分析技术，已能获得有关钢中氢的存在状态和含量的详细数据。结果，能将钢中的氢分为扩散性氢和非扩散性氢，并根据这些定量数据对迟延断裂特性进行了讨论。铃木等人根据由环境侵入的扩散性氢的量和通过阴极电荷试验求出的极限扩散性氢量的比较，提出了对钢材迟延断裂特性进行评价的方法。山崎等人对这种评价法进行了改进，并以此作为螺栓用钢的评价方法。另外，还有人提出了以采用电化学

5、穿透法测定的裂纹发生临界氢穿透系数为指标，对迟延断裂特性进行评价的方法。在材料设计上，关于迟延断裂特性和合金元素的关系，井村等人的研究报告指出，添加Si、Ni、Mo、V、Ti有助于改善螺栓用钢的迟延断裂特性；大和田等人的研究报告指出，在SCM435钢中添加Si、Mn、Cr、Mo、Ti、V、Nb有助于改善迟延断裂特性。此外，为改善迟延断裂特性，还有的研究报告指出，可以通过添加Mo、V和高温回火处理来调整钢的显微组织等。　　另一方面，提高汽车用悬簧的强度与迟延断裂现象有关。尤其是，在寒冷地区使用的汽车悬簧通常曝露在干湿反复的腐蚀环境中。这是由于路上撒

6、下的融雪剂含有氯化物离子，汽车在行驶过程中悬簧在应力的反复作用下，处于湿润状态中，然后在停车期间又在静态载荷下恢复干燥。为应对这种环境腐蚀，一般是对悬簧进行充分的涂漆处理，但在行驶过程中由于石头等的碰撞，涂漆会出现脱落。因此，在涂漆脱落处由于前述的干湿反复腐蚀会导致点状腐蚀，由点状腐蚀会导致折断和疲劳断裂，同时在点状腐蚀发生和成长过程中腐蚀反应产生的氢会渗入钢中，诱发迟延断裂。为提高弹簧钢在这种使用环境下的强度，必须弄清迟延断裂的特性。关于汽车用悬簧钢的迟延断裂特性，青木等人研究了对卷绕成形的实际弹簧进行渗氢和进行评价的方法；冈村等人通过对弹簧用

7、钢丝进行高频热处理来细化晶粒，研究了在扭应力下对迟延断裂特性的影响；中山等人从改善耐氢脆性的角度研究了在高强度弹簧钢中添加Ti后对晶粒细化和扩散性氢的吸附效果。其中，为提高汽车用悬簧的强度和耐盐水腐蚀特性，日本研究了通过添加合金元素和化学钝态处理来改善汽车用弹簧钢的耐点状腐蚀性的技术。　　关于添加Ni、Cr、Cu、Mo、B等元素有助于提高耐点状腐蚀性和采用浓硝酸进行化学钝态处理可以提高腐蚀疲劳强度的报告等已介绍过。　　另一方面，在以前的耐点状腐蚀性和氢脆化的研究中可以看到，不仅渗入的氢会使强度下降，而且到达最终断裂的时间和耐点状腐蚀性之间也有相互

8、关系。因此，在此次研究中，根据以前的研究结果，把重新进行合金设计，改善耐点状腐蚀性的弹簧钢作为试验用材，把耐点状腐蚀性和因点状腐蚀而产生