弹簧钢（spring steel）是专门用于制造各种弹簧或要求弹性变形能力、减缓振动和冲击作用、较高疲劳强度零件的专用结构钢，如汽阀弹簧、仪表弹簧、高压油泵柱塞簧等，代表钢号有65、65Mn、60Si2Mn、60Si2CrV、60CrMn等。弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其他形状弹簧的钢种。
弹簧（spring）的主要作用是储存能量，起消振、缓冲的作用。因此，弹簧钢必须具有高的弹性极限与屈服强度，高的疲劳极限及足够的冲击韧度和塑性。按照化学成分来分，弹簧钢主要有碳素弹簧钢和合金弹簧钢两大类，碳素弹簧钢碳的质量分数为0.6%-1.05%；合金弹簧钢的碳质量分数为0.4%~0.74%；弹簧钢加入的合金元素主要有Si（硅）、Mn（锰）、Cr（铬）、V（钒）、W（钨）等。按照供货状态来分，弹簧钢又分为热轧弹簧钢和冷拉弹簧钢。其成形工艺主要分为冷成形和热成形两种。
历史沿革
世界发展史
高强度弹簧钢在国外的研究起步较早，牌号比较齐全，力学性能、透性和抗疲劳性能等基本上可以满足目前的生产和使用要求。早在20世纪80年代，日本爱知制钢即已研制出SUP7弹簧钢，神户制钢所在SUP7的基础上研发了SRS60高强度弹簧钢， 设计应力为1100MPa，抗拉强度可达1960MPa。1991年，神户制钢再次研发出中低碳高硅超高强度弹簧钢UHS1900和UHS2000，设计应力分别为1200和1300MPa。日本大同特殊钢也成功研制了设计应力为1300MPa的ND250S弹簧钢，随后又成功研制了ND120S，相比于SUP7，质量减少20％。美国Rock Well和Inland公司利用Nb-V微合金化，改进了SAE9254和SAE9259弹簧钢，该钢种的抗拉强度可达1960MPa。韩国浦项钢铁公司在SAE9254的基础上，通过调节硅含量至2.5％，并加入了0.2％V和2.0％Ni，成功研制出一种抗弹性减退及抗疲劳性能良好的高强度弹簧钢。
中国发展史
中国弹簧钢的发展经历了一个从效仿苏联钢号到自主发展，最后向国际标准靠拢的过程。中国正式生产弹簧钢的历史始于20世纪50年代初期。1952年中国颁布了第一个部级弹簧钢标准。它是以前苏联标准为蓝本，所有弹簧钢钢种、生产工艺、技术条件等都取自于前苏联标准。当时各钢厂的主要生产设备都是20世纪40年代以前的，性能落后，虽然生产出的弹簧钢质量和性能均不高，但仍然有力地支持了机械等工业部门的发展，在国家经济建设中起了一定的作用，掀开了中国弹簧钢发展史的第一页。
随着中国汽车工业的诞生，对弹簧钢提出了新的要求。20世纪50年代中期，中国的汽车工业基地一长春第 一汽车制造厂开始用中国自主生产的60Si2Mn扁钢制造弹簧，并装备在解放牌汽车上。在此之后，弹簧钢的生产技术、产量、质量等都有了较大提高。20世纪60年代后，中国相继开发出以碓锰系为基础的新型弹簧钢。这些新型钢种各具特点，其中尤以55SiMnVB最为突出，用于制造单面双槽扁钢、平扁钢等，成为东风汽车集团有限公司东风牌汽车的主要弹簧用钢，并先后纳人弹簧钢标准GB 1222-75和GB 1222-84 中。这些新钢种的研制成功，标志着中国弹簧钢开始了独立自主的发展阶段。
20世纪五六十年代，生产冷拉碳钢和合金钢弹簧钢丝，并建立了相应的标准。0年代后期，弹簧钢丝品种不适应使用要求的矛盾日渐突出。为满足军工、汽车、仪表、机械等工业发展的需要，70 年代初开始研制油淬火——回火弹簧钢丝（简称油淬火弹簧钢丝，国外一般称油回火弹簧钢丝）。这种成分的钢丝性能优良，可以满足高性能要求，如可用于制造汽车发动机阀门弹簧，是中国弹簧钢丝制造水平提高的一个重要标志，填补了国内空缺。
20世纪80年代以前，中国弹簧钢都是以硅锰系为主，弹簧钢标准依然沿用了苏联的标准体系。20世纪80年代，中国对标准弹簧钢号做了调整。调整后的钢种与大多数国家以及国际标准非常接近。进入80年代后期，确定了中国弹簧钢丝标准体系，标志着中国钢簧钢丝制造水平从第一二阶段向第三阶段过渡。
材料性能
化学成分
由于弹簧钢的性能要求以强度为主，因此它的化学成分有以下特点：
具备性能
弹簧钢是指用于制造各种弹簧的钢种。在各种机器设备中，弹簧的主要作用是吸收冲击能量，缓和机械振动和冲击。例如，用于汽车、拖拉机和机车上的板弹簧，它们除了承受车厢及载物的巨大重量外，还要承受因地面不平所引起的冲击载荷和振动，使汽车、火车等车辆运行平稳，以免某些零件因受冲击而过早地破坏。此外，弹簧还可储存能量使其他机件完成事先规定的动作，如气阀弹簧、高压油泵上的柱塞簧及喷嘴簧等，可以保证机器和仪表的正常工作。根据以上的工作条件，弹簧钢应具有以下性能：
钢种分类
按照化学成分来分，弹簧钢主要有碳素弹簧钢和合金弹簧钢两大类，碳素弹簧钢碳的质量分数为0.6%-1.05%；合金弹簧钢的碳质量分数为0.4%~0.74%；弹簧钢加入的合金元素主要有Si（硅）、Mn（锰）、Cr（铬）、V（钒）、W（钨）等。按照供货状态来分，弹簧钢又分为热轧弹簧钢和冷拉弹簧钢。
碳素弹簧钢
常用碳素弹簧钢有65、70、85、65Mn等。这类钢价格较合金弹簧钢便宜，热处理后具有一定强度，但淬透性差，当直径大于12~15mm时，油淬不能淬透，使得弹性极限和屈强比降低，弹簧的寿命显著降低。如用水淬又易开裂与变形。故碳素弹簧钢只适宜作直径小于10mm的不太重要的弹簧。这类弹簧能承受静载荷及有限次数的循环载荷。其中以65Mn在热成型弹簧中应用最广。
合金弹簧钢
60Si2Mn钢是合金弹簧钢中最常用的钢号，它比碳素弹簧钢有较高的淬透性，油淬临界淬透直径为20~30mm；弹性极限高，屈服强度可达1200MPa，屈强比与疲劳极限也较高；工作温度一般在230℃以下。主要用于铁路机车、汽车、拖拉机上的钢板弹簧。50CrVA钢的力学性能与硅锰弹簧钢相近，但淬透性更高，油淬临界淬透直径为30~50mm。常用作大截面的承受应力较高的或工作温度低于300℃的弹簧。
制造工艺及热处理
弹簧的制造工艺多种多样，但其成形工艺主要分为冷成形和热成形两种。
冷成形弹簧
对于直径较细或厚度较薄的弹簧，可以先进行强化处理(冷变形强化或热处理强化)，然后卷制成形，最后进行回火和稳定尺寸。根据强化方式的不同，可以分为以下三种情况：
以上三种强化方式的钢丝在冷卷成弹簧之后，必须进行回火，以消除应力，稳定尺寸。其回火温度一般为250~300℃，保温1h后空冷。应当指出，对于退火状态供应的钢丝，冷卷成形后，仍须进行淬火中温回火处理，才能达到所要求的力学性能。
热成形弹簧
这类弹簧多用热轧钢丝或钢板制成，现以汽车板簧为例，其热成形制造弹簧的工艺路线大致如下：扁钢剪断→热卷成形后淬火并中温回火→喷丸→装配。在淬火加热时，为了防止氧化和脱碳，应尽量采用快速加热，最好是在盐炉或带有保护性气氛的炉中进行，淬火后尽量快回火，以防延迟断裂。对于含Si弹簧钢来说，回火温度一般为400~450℃，其组织为回火托氏体。此时的马氏体已充分分解，分解出的渗碳体以细小颗粒状分布在α相基体上；α相的回复过程也已充分进行，开始多边化，但亚结构尚未长大；钢中的残留奥氏体已经分解，内应力已大幅度下降。钢的弹性极限达到了最高值。
弹簧钢也可以采用等温淬火，使钢在恒温下转变为下贝氏体，可提高钢的韧性和强度。如果在等温淬火后再在等温温度进行补充回火，则能进一步提高钢的比例极限和延迟断裂抗力。弹簧的表面质量对使用寿命影响很大，表面微小的缺陷如脱碳、裂纹、夹杂、斑痕等，均可使钢的疲劳强度降低，因此弹簧热处理后还用喷丸处理来进行表面强化，使表面层产生余压应力，提高其疲劳强度。试验表明，60Si2Mn钢制作的汽车板簧经喷丸处理后，使用寿命提高了5~6倍。
金相检验
弹簧钢的金相检验内容主要有表面脱碳、显微组织、非金属夹杂物和游离石墨碳检验等。
表面脱碳层检验
弹簧类零件对表面质量要求很高，对表面脱碳的控制也十分严格，弹簧表面脱碳会降低零件疲劳强度和使用寿命，一般脱碳层深度是根据材料的直径或厚度的百分数来确定的，而且冷拉材料的检验要比热轧材料严格，表面脱碳检验按照GB/T224-2019《钢的脱碳层深度测定法》进行。
显微组织检验
显微组织检验包括原材料检验、预备热处理检验(球化退火等)和最终热处理检验。弹簧钢的检验可参照JB/T10591-2007《内燃机气门弹簧技术条件》、JB/T 9129-2000《60Si2Mn钢螺旋弹簧金相检验》进行。
非金属夹杂物检验
弹簧钢的材质要求高于一般工业用钢，要严格控制材料的内部缺陷，非金属夹杂物的存在容易引起应力集中并形成裂纹源，对材料的强度、韧性和疲劳极限影响很大，因此弹簧钢要求纯净度高，非金属夹杂物少，表面质量高。非金属夹杂物检验按照GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》进行。
游离石墨碳检验
弹簧钢的含碳量比调质钢高，主要添加的合金元素是硅，它可以显著提高材料的屈服强度，如果热处理操作不当，使碳易于石墨化，即分解出游离石墨，会严重降低钢的塑性，出现黑脆断口，这种缺陷不能用热处理和热加工方法改善和消除，因此弹簧钢对于石墨碳是严格控制或不允许的，石墨碳检验按照CB/T13302-1991《钢中石墨碳显微评定方法》进行。
行业标准
国际标准
ISO标准
在国际标准中，弹簧钢的标准号ISO683:149-2004《热处理用钢、合金钢及易切钢第14部分》。
规定钢种
有以下7个系列中的12个牌号：①硅Mn系的3个：38Si7、46Si7、60Si8；②Si-Cr系的3个：56碳化硅r7、61SiCr7、55SiCr6-3；③Si-Cr-V系的1个：55SiCrV6-3；④锰Cr系的2个：55Cr3、60Cr3；⑤Cr-Mo系的1个：60CrMo3-3；⑥Cr-V系的1个：51CrV4；⑦Cr-Mo-V系的1个：52CrMoV4。
规定的质量项目
质量项目被记载于标准的要求事项中，其内容包含：化学成分、硬度、淬透性与硬化层、剪力性、显微组织、表面质量及脱碳、形状、尺寸及允许误差的规定。
EN标准
在欧洲标准中，弹簧钢的标准号为EN10089-2008《淬回火用热轧钢》。
规定钢种
规定钢种记载于标准的第7章要求中，有9个系列的19个牌号：①硅Mn系的3个：38Si7、46Si7、56Si7；②锰Cr系的2个：55Cr3、60Cr3；③Si-Cr系的3个：54碳化硅r6、56SiCr7、61SiCr7；④Cr-V系的1个：51CrV4；⑤Si-Cr-V系的3个：45SiCrV6-2、54SiCrV6、60SiCrV7；⑥Si-铬Mo系的2个：46SiCrMo6、50SiCrMo6；⑦Si-Cr-Ni系的1个：52SiCrNi5；⑧Cr-Mo-V系的1个：52CrMoV4；⑨Cr-Mo系的3个：60CrMo3-1、60CrMo3-2、60CrMo3-3。
规定的质量项目
与ISO标准基本相同。
BS标准
英国弹簧钢标准为BSEN10089-2002，其内容与EN10089标准相同。7个系列中的18个牌号：①硅Mn系的3个：251A58、251A60、251H60；②锰Cr系的2个：525A58、525H60；③Cr-Mo系的6个：525A60、525A61、704A60、705A60、704H60、705H60；④Si-Cr系的2个：685A57、685H57；⑤Cr-V系的1个：735A51、735A54、735H51；⑥Si-Mo系的1个：925A60；⑦Cr-Mo-Ni系的1个：805H60。
DIN标准
德国标准DINEN10089-2003的标准内容与EN10089标准相同。其主要有5个系列6个牌号：①硅Mn系的3个：38Si7；②Si-Cr系的2个：54碳化硅r6、60SiCr7；③锰Cr系的1个：55Cr3;④Cr-V系的1个：55CrV4；⑤Cr-Mo-V系的1个：51CrMoV4。
JIS标准
日本弹簧钢的标准为JISG4801，共有6个系列8个牌号：①Si-Mn系的2个：SUP6、SUP7；②Mn-Cr系的2个：SUP9、SUP9A；③Cr-V系的1个：SUP10；④Mn-Cr-B系的1个：SUP11A；⑤硅Cr系的1个：SUP12；⑥Cr-Mo系的1个：SUP13。
美国标准
美国弹簧钢标准比较复杂。在ASTM标准中将弹簧钢规定在A689-1997中的弹簧用碳素钢及合金钢的标准范围。标准相当广泛规定了AISI1000系、4000系、5100系、6100系、8600系、9200系及B钢的10B00系、15B00系、50B00系、51B00系。在SAE标准中，特别没有弹簧钢，可以从SAE标准中的C系、Cr-Mo系、Mn-Cr-B系等多种钢中选择。
中国国家标准
以上参考
发展趋势
向高强度方向发展
提高设计应力、减轻质量是弹簧钢的发展方向。影响弹簧钢设计应力的两个主要因素是抗疲劳性能和抗弹减性能．新一代弹簧钢不仅应具有超高强度，还应有超高疲劳强度和耐腐蚀疲劳性能，优良的抗弹减性能以及良好的经济性。为实现此目标，主要采取的途径有以下两种：
向高弹减抗力方向发展
决定弹簧许用应力的主要因素是弹减抗力，因此提高弹减抗力一直是高强度弹簧钢研究开发的重点。弹簧材料的弹减抗力是材料抵抗塑性变形或承载能力下降的能力。如果仅从材料本身来看，为了提高弹减抗力，应从选择合适的化学成分入手，再配合恰当的热加工和热处理工艺，以获得理想的微观组织、晶粒度、第二相质点和硬度等。
向高纯净度方向发展
追求高纯净度是所有高品质钢的一般要求，尤其是对疲劳性能要求较高的钢种，对其中的杂质元素含量均有严格的限制。弹簧钢生产企业应从冶炼工艺及连铸工艺两方面入手，采取加强原料管理、合理配料、精料入炉，强化冶炼操作、优化冶炼工艺，改进脱氧和造渣制度、强化炉解精炼等措施，生产高纯净度弹簧钢。
向高韧性和高耐蚀性方向发展
随着温度的降低，金属材料的韧性会下降。在冬季低温条件下运行的车辆，其悬架系统可能发生脆性断裂，因此具有高的低温冲击韧性也是弹簧钢发展的必然趋势。作为一种重要的机械零部件结构材料，往往在化学成分设计时就要考虑其抗蚀性。长期在恶劣环境下工作的汽车悬架系统等，对耐蚀性有较高的要求。因此，向高韧性和高耐蚀性方向发展是新一代超高强弹簧钢的新特征。
参考资料
各国弹簧钢的技术标准.我的钢铁网.2023-11-23
工标网-查询 【GB 1222】标准.工标网.2023-11-23
全国标准信息公共服务平台.全国标准信息公共服务平台.2023-11-23