日本高强度悬簧用钢的技术动向

 高强度悬簧用钢的技术与汽车行业的发展有很大的关系。自1973年石油危机以来,汽车轻量化成为了节能的重要课题,因此对悬簧轻量化的要求也越来越高。提高设计应力能有效实现悬簧的轻量化,因此开发了各种提高钢强度的技术。例如,80年代随着钢屈服强度的提高,提高抗残余应变性被视为最重要,开发了提高Si含量的SUP6钢和SUP7钢。另外,为进一步提高强度,人们不仅关心钢的抗残余应变性,而且还越来越关心钢的韧性和缺口敏感性。

  从80年代后期到90年代初期,悬簧钢的开发趋势是设计应力从900MPa提高到1000~1100MPa,并应用于实际。随着屈服强度的进一步提高,对调质处理的要求越来越高,除了重视成分设计外,还重视采用热处理法控制组织的技术。例如,许多研究机构和企业研究了高频快速热处理技术和采用加工热处理法强化晶粒细化等技术。

  90年代前,为防止汽车在积雪道路打滑,主要使用在轮胎中埋入钢制钉子的防滑镶钉轮胎,但由于考虑到粉尘污染的问题,基本改为使用无钉防滑轮胎。另一方面,由于采取了对道路撒盐化雪的措施,因此开始注意到了盐会导致汽车悬簧耐用性下降的问题。这时期出现了许多有关抵御环境影响的研究报告,如钢材涂装时产生的氢对氢脆化影响的研究、添加Ni、Cr、Mo和V等合金元素提高耐腐蚀疲劳特性的研究、对旋转弯曲产生的夹杂物和表面微小侵蚀坑的影响评价等。另外,各公司不仅开发了标准钢,还开发了耐蚀性、耐用性好的高强度汽车悬簧钢,并应用于实际。

  从2000年左右开始,混合动力车(HV)、电池燃料车(FCV)等搭载新型动力源的汽车便已投放市场。从节省能耗考虑,还开发了新型发动机。由于对悬簧强度的要求越来越高,因此要求设计应力达到1100~1200MPa。另一方面,在耐腐蚀和耐用性方面,尤其要重视由腐蚀环境侵入的氢产生的脆化问题,积极开发采用添加合金来提高强度和提高耐腐蚀疲劳强度的钢材。

  从2005年~2010年开始,为避免发生以往那种开发钢普遍使用添加合金元素而造成资源枯竭的担心和国际金属材料需求变化等风险,因此不仅强烈要求使用标准钢(SAE9254)维持高强度,而且强烈要求提高钢的韧性。采用喷丸硬化处理取代处理费用高的表面硬化热处理的现象越来越多。

  喷丸硬化处理将压缩残余应力作用于表面,可提高抗疲劳强度,减小表面缺陷的影响程度,因此近年来它被视为表面处理不可或缺的技术。随着表面强化技术的发展,悬簧的设计应力也达到了1200MPa级。

  可以预计今后对高强度悬簧用钢的强度、韧性和耐腐蚀性及耐用性的要求将越来越高。另一方面,近年来对标准钢的认识也在重新调整,随着汽车制造厂家在当地生产的普及,对高强度悬簧用钢材的当地供给、低成本和质量等要求已开始涉及到越来越多方面。可以预计今后的发展趋势是采用标准钢来实现不同的要求;采用与表面强化技术的组合来开发新钢种,以满足更高的要求。

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