油淬火回火钢丝的调研

摘要

随着我国国民经济的迅速发展，弹簧行业对油淬火一回火弹簧钢丝(以下称油淬火钢丝 )的需求量逐年增长，对油淬火钢丝的质量要求也愈来愈高。为了适应国内弹簧行业对油淬火钢丝的需求，我国金属制品行业在“九五”期间先后从国外引进了几条油淬火一回火弹簧钢丝生产设备。以金属制品研究院中试二厂的管式炉加热油淬火一回火弹簧钢丝生产线的建成为标志，国内轿车用油淬火钢丝的生产和国产化工作拉开了序幕。因此，对于油淬火回火弹簧钢丝的生产技术和车间设计就显得尤为重要。

本车间是年产1万吨油淬火回火钢丝的车间工艺设计，车间主要产品是碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝，规格是Φ1.0～6.0。本设计通过对油淬火回火弹簧钢丝的市场调查和现状分析选取65Mn和50CrV为典型产品进行生产，制定产品大纲、工艺流程及参数，并对生产所要用的主要设备进行设计和其他设备选型，而且，对其力能参数进行了计算。最后，确定车间平面布置并绘图，对车间主要技术经济指标进行计算，确保设计合理。

关键词：油淬火回火弹簧钢丝生产工艺车间设计

1综述

介绍油淬火一回火弹簧钢丝的概况、发展历史、企业现状、生产工艺流程以及与油淬火一回火弹簧钢丝相关的原料生产情况：针对找国油淬火—回火弹簧钢丝存在的主要问题，提出了改进油淬火一回火弹簧钢丝产品质量的建议，并且介绍其发展趋势。

1.1油淬火—回火弹簧钢丝概况

特殊钢丝中有一部分产品最终需要在淬火-回火状态下使用，传统的做法是金属制品厂提供冷拉或退火状态的钢丝，下游企业将钢丝制成相应零部件或元件，再进行淬火+回火处理，强韧性达到预定要求后交付使用。因为零部件或元件的尺寸、形状千变万化，带来最终热处理炉千差万别，势必造成生产成本增加，热处理性能波动加大。现在逐步演变成：将形状不复杂、加工成形方便的零部件或元件用钢丝的淬火+回火处理转移到金属制品厂进行，由此形成了一个新品种——淬火-回火钢丝。

目前，我国生产的弹簧钢丝，按化学成分划分有碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝；按交货状态油冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝。碳素弹簧钢丝含0.6%～0.9%的碳和0.3%～1.2%的锰，不在添加其他合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理，可以获得很高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低，抗松弛性能和耐蚀性差。合金弹簧钢丝一般含0.45%～0.7%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合金元素的加入改善弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用温度。

油淬火-回火处理：指将拉拔到成品尺寸的钢丝，在连续炉中进行淬火和回火处理，展开的钢丝首先在连续炉中加热到完全奥氏体化温度，然后通过油槽淬火获得马氏体组织，再通过连续炉回火，获得预期的强韧性。油淬火-回火钢丝平直度好，力学性能的均匀性，制成零部件或元件后只需进行低温消除应力处理即直接可使用。

油淬火一回火生产线：油淬火钢丝生产线是生产凋质弹簧钢丝的核心设

备，目前正在使用的有两种类型：一类是管式炉加热、油淬火铅(或粒子炉)回火生产线：另一类是感应加热淬、回火生产线。这两种生产方式都是达到钢丝进行调质处理的手段。管式炉加热的好处是工艺稳定易于控制、能耗小，对原料的原始组织适应性强，但占地面积大。目前，日本杉田的悬架弹簧钢丝和瑞典加飞腾气门弹簧钢丝采用了管式炉加热；感应加热生产弹簧钢丝具有设备集成度高，占地面积少，加热速度快等优点。实践证明，两种生产方式都可以生产出非常优秀的油淬火钢丝，经反复取样对比，无论是晶粒大小还是脱碳层深度均可控制在较好水平上。

油淬火-回火热处理炉由张力放线装置、加热炉、油淬火槽、回火炉和收线机5个部分组成。常用于碳素弹簧钢丝、合金弹簧钢丝、弹性针布钢丝、合金结构钢丝和马氏体不锈钢丝等成品热处理，热处理后钢丝的显微组织通常为回火马氏体、回火托氏体或回火索氏体，具有很高的强度（硬度）、适宜的韧性和良好的挺直性能。

油淬火-回火弹簧钢丝金相组织为均匀的回火马氏体或回火索氏体，各向同性，；在抗拉强度相同条件下，比冷拉钢丝具有更高的弹性极限，有良好的弹直性能，抗应力松弛性能和抗蠕变性能优于冷拉钢丝；如要保证松驰率≤6.0%，冷拉碳素钢丝的最高工作温度为120℃，油淬火-回火碳素钢丝的最高工作温度为150℃，油淬火-回火合金钢丝50CrV的最高工作温度为200℃，55CrSi和60Si2MnA的最高工作温度为250℃，65Si2MnWA的最高工作温度为350℃。使用油淬火-回火钢丝绕制的弹簧，经消除应力回火后直接使用，简化了弹簧厂的生产工艺流程、降低生产成本；与原绕制后再淬火-回火的弹簧相比，弹簧表面脱碳与力学性能均匀性有了根本性改善，疲劳寿命有了数十倍的提高。目前日本的合金弹簧钢丝标准，已完全用油淬火-回火状态取代了冷拉状态。我国近年来中大规格油淬火-回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。油淬火-回火钢丝的缺点是处理不当表面氧化、脱碳较重，影响疲劳寿命；钢丝的氢脆敏感性强，抗应力腐蚀性稍差。

1.2油淬火—回火弹簧钢丝的生产历史

油淬火回火弹簧钢丝（以下简称油淬火钢丝）的生产已有100多年的历史，开始是作为钢丝矫直手段问世的。由于它具有极好的弹性和非常高的疲劳强度，后来就引起了弹簧制造者的注意。到20世纪20～30年代，油淬火钢丝在北美、

西欧已开始广泛用于制造各种弹簧，以后范围逐渐扩大。至1939年美国ASTM标准中已列人了油淬火钢丝，此时油淬火钢丝的文献就相当多了二次大战期间，油淬火钢丝作为作战用的飞机、舰艇、汽车的弹簧材料而得到飞速发展例如当时被击落的美国B一29飞机发动机阀门弹簧，就是使用了Cr-V钢油淬火钢丝。日本生产油淬火钢丝开始于1950年，到了20世纪70年代日本和瑞典已是世界上生产油淬火钢丝的主要产地了。

我国的油淬火钢丝的生产起步于20世纪70年代初期。以首特为代表的金属制品生产企业根据国内市场需要，率先建成我国第一条油淬火钢丝试验生产线，并围绕50CrV、60Si2Mn、65Mn等材料开展了一系列油淬火钢丝生产工艺的研究实现了工业化批量生产。

早期参与我国油淬火钢丝生产工艺与装备研究并能见诸文献的单位有北京钢铁学院、天津大学、天津压缩机气阀弹簧攻关组、北京特殊钢厂等单位。采用的生产试验装备大体上分两种形式：一种是电接触加热+铅浴回火连续式生产线；另一种是管式炉加热+铅浴回火连续式生产线。由于电接触加热受钢丝的尺寸公差、冶金质量、电压波动等因素的影响，产品质量始终难以稳定。而管式炉加热方式生产由于钢丝温度易于控制，能源消耗小和无高温铅毒公害等优点，一直沿用至今。

在过去的20～30年中，尽管我国金属制品行业在油淬火的产品质量方面也投入了不少人力物力，但由于在油淬火钢丝生产技术和装备方面没能及时跟踪国外的先进技术，加上国内盘条质量一直欠佳等问题的长期困扰，我国油淬火钢丝的产品质量、生产技术和装备一直没有获得突破性进展。国产油淬火钢丝的表面质量、冶金质量、通条性能和可靠性不高的问题长期制约着我国弹簧行业的发展。许多弹簧生产厂不得不以高昂的代价通过进口来解决钢丝原料问题，而国外钢丝也以其过硬的质量保证迅速赢得了国内弹簧生产厂的信赖。国产油淬火钢丝和进口钢丝的质量反差，使得国内从事弹簧制造业的人士对进口钢丝