弹簧钢中夹杂物的有效控制方法

弹簧钢作为一种重要的基础零件材料，广泛应用于机械、航空、汽车、铁路车辆、轨道扣件、拖拉机等。汽车和铁路两大行业需求的弹簧钢材占到其总量的90%以上。随着近几年汽车轻量化和铁路的不断提速，弹簧钢也在向高性能化方向发展。比如，悬挂弹簧的设计应力不断提高，这对弹簧钢的力学性能、疲劳性能提出了非常严格的要求。

　　弹簧钢的力学性能和疲劳性能与钢中的夹杂物情况密切相关，Al2O3及与其它氧化物组成的大型脆性夹杂或点状不变形夹杂物，是破坏弹簧钢使用性能的主要因素。因此，弹簧钢夹杂物的控制是保证弹簧钢质量的重要环节。

　　弹簧钢夹杂物的控制，关键是控制好氧含量ω(O)和酸溶铝ω(Al)。

　　钢中氧含量过高，会使得钢中夹杂物增多，使弹簧钢性能变坏。通过降低氧含量来控制钢中夹杂物的组成、形态和分布是生产高质量弹簧钢生产的质控重点。弹簧钢脱氧有几种方法，一种是用Al脱氧，尽量降低钢中全氧；另一种是不用Al脱氧，而用Si-Fe和Mn-Fe合金或用Si／Mn合金脱氧，控制钢中酸溶铝数值；第三种是用Al预脱氧，用Ba合金终脱氧。先用较少的Al预脱氧，再用Ba合金终脱氧的工艺，可达到钢中氧含量15×10-6～20×10-6，残余Al含量为0.02％～0.03％。用Si-Fe和Mn-Fe合金脱氧工艺可达到钢中氧含量20×10-6～30×10-6，残余Al含量为0.01％～0.02％。这两种方法都可以得到较为理想的ω(Al)及ω(O)数值，前者钢中含氧较低，Al含量较高，后者则相反。如只用Al脱氧工艺，虽然钢中氧含量可降得很低，但钢中的剩余溶解氧会大比例地转化为Al2O3夹杂和铝酸钙，均为高硬度脆性夹杂物。

　　所谓酸溶铝，是指脱氧处理后还保留在固溶体中的铝。在单纯采用铝或含铝的复合脱氧剂脱氧时，除了产生Al2O3及含有Al2O3的各种夹杂物，还有一部分铝溶入金属母液中，成为酸溶铝。随着温度的下降，这部分溶入金属母液中的铝会与氮结合生成AlＮ。钢中酸溶铝过高或过低，都会引起夹杂物总量的增加。当ω(Al)小于0.015％时，除氧效果不足，钢中氧化物增加较快。而当ω(Al)大于0.045％时，在连铸浇注过程中钢水发生二次氧化，会生成Al2O3夹杂，而且铸坯凝固时在晶界也会析出AlN，容易导致裂纹。对于高牌号高碳钢种，合金化所用硅铁合金一般含铝，这会使钢中酸溶铝增加，是必须考虑的增铝因素。

　　工艺过程中严格控制钢中ω(O)和ω(Al)的重要性还在于控制夹杂物的形态及其性质。有资料表明，精炼渣加入一定量MgO，有利于夹杂物的塑性化控制，但需要配合以下条件，在ω(MgO)为15％时，ω(O)应为15×10-6～20×10-6；ω(Al)应为8×10-6～15×10-6。