弹簧扁钢51CrV4端部开裂原因分析

2023年12月9日发(作者：福特福克斯2019款报价及图片)

20211157弹簧扁钢51CrV4端部开裂原因分析陈海军(新疆八一钢铁股份有限公司制造管理部)摘要对岀现端部裂纹的51CrV4弹簧扁钢裂纹形貌进行观察并对有端部裂纹的弹簧扁钢取样进行检测分

析，发现样品组织中有贝氏体、硬度较高、剪切温度较低分析认为，由于剪切应力和剪切变形使贝氏体组织产

生微裂纹在存放期间,变形区内的残余应力使微裂纹扩展发展为端面上的宏观裂纹关键词51CrV4

贝氏体剪切温度：：,。；；,。中图分类号:TG142.41

文献标识码：A

文章编号：1672

-4224(2021

)01

-0031

-03Cause

Analysis

of

End

Cracking

of

Spring

Flat

Steel

51

CrV4CHEN

Hai

-jun(Manufacturing

Management

Department,

Xinjiang

Bayi

Iron

&

Steel

Co.

LtdAbstract:

The

crack

morphology

of

51CrV4

spring

flat

steel

with

end

crack

was

observed

and

analyzed.

It

was

found

that

there

was

bainite

in

the

sample

structurehigh

hardness

and

low

shear

temperature.

The

analysis

shows

that

the

micro

cracks

are

produced

in

bainite

structure

due

to

shear

stress

and

shear

deformation.

During

storagethe

residual

stress

in

the

deformation

zone

makes

the

micro

cracks

expand

and

develop

into

macro

cracks

on

the

end

words51CrV4

bainite

shear

temperature,

),

，

：

；

；

1问题的提出弹簧扁钢是用于制作汽车悬架系统板簧的原料对产品产生疑虑，影响产品销售针对51CrV4弹

。。

这就要求用于制作板簧的弹簧扁钢必须提高厚度。

不降低或提高板簧总成强度基础上减少板簧片数传统的60Si2Mn弹簧钢由于本身淬透性的影响，通常

随着技术发展汽车板簧向重载、轻量化发展要求在

,,。

簧扁钢剪切端面开裂的现象，需要在现场进行修磨

处理，影响了产品的定尺长度和成材率，增加了生

产成本针对51CrV4弹簧扁钢端部裂纹问题通

过现场跟踪检测分析和工艺调整优化，端部裂纹

。、，问题得到了解决。只用于生产薄规格弹簧扁钢，对较厚规格弹簧扁钢通

2检测与分析通过对现场调查发现，出现端部裂纹的钢材主要

集中在H

=

22mm及以上规格,HW

20mm的较少;端

部颜色发蓝的较少，颜色发灰的较多有少部分开裂

常采用SUP9、50CrV或51CrV4生产,对要求较高的

弹簧扁钢一般用50CrV或51CrV4生产。51CrV4钢属于合金弹簧钢，51CrV4是德国标

准钢号相当于中国牌号50CrV

(51CrV4成分中

Mn、Cr范围高于50CrV，。)。51CrV4钢具有良好的力

,在下线剪切时就发现，大多数开裂是在剪切后放置

12小时以上发现为解决端部裂纹,取有端部裂纹

的51CrV4样品进行检测端部裂纹形貌如图1所

,高的疲劳强度，但焊接性差，冷变形塑性低。由于

51CrV4成分中Mn、Cr范围高于50CrV,其淬透性高

于50CrV,常用于制作H为20

-28mm的弹簧扁钢。粒细化降低过热敏感性提高了强度和韧性具有

学性能和工艺性能，淬透性较高，加入F使钢的晶

。,。示，裂纹出现在端部中心位置，呈细长分布。八钢小型生产线在成功开发并生产数万吨

51CrV4弹簧扁钢，各项性能满足标准和用户要求。

图1

51CrV4弹簧扁钢端部开裂生产期间产品曾出现剪切端面开裂现象，虽然不影

响产品的使用，但因产品外观的端部裂纹，用户会

联系人:陈海军，男2岁，高级工程师，乌鲁木齐(830022)新疆八一钢铁股份有限公司制造管理部

E

-

mailchenhj

@

bygt.

com.

cn:

,31202112.1硬度检测157表4夹杂物评定结果

项目级51CrV4标准中对硬度规定了不同状态下的最高

布氏硬度值，其中剪切加工状态布氏硬度值要求不超

A

B C

D过

280HBW在

GB/T

1222

-

2016弹簧钢中

50CrV

要求热轧态布氏硬度不超过321HBW根据GB/T

。（231.1金属材料布氏硬度试验第1部分:试验方

法》检测样品硬度并与GB/T

1222

-2016《弹簧钢50CrV要求进行了比对，见表1《。》细系

粗系

细系 粗系

细系

粗系

细系

粗系1.0实测值 1.5

GB/T1222

-2016

W2.5

W2.0

W2.5

W2.0

W2.0

W1.5

W2.0

W1.5。》

从表4可见夹杂物级别符合要求表明该零件

纯净度符合要求。。表1

硬度检测结果

HBW项目硬度1硬度2硬度3平均实测值3.

7GB/T

1222

-2016W321由表1可见，样品硬度未超出。50CrV要求，但比

51CrV4剪切加工要求的硬度值高2.2化学成分分析对取样样品采用直读光谱仪进行化学成分检验,

结果见表2。表2

51CrV4试样的化学成分 %项目CSiMnP

SCrV实测值0.

510.

240. 750.016

0.0120.960.12DIN 10089：：0.47W0.400.

700.

102002-0.55-1.00W0.025

W0.0250.

90-1.20-0.25由表2可见,51CrV4试样成分符合DIN。

10089：

2002《调质弹簧用热轧钢》对化学成分的要求2.3低倍检测根据GB/T

226

-2015《钢的低倍组织及缺陷酸

蚀检验法》、GB/T

1979

-2001结构钢低倍组织缺陷

评级图》《对样品做低倍组织检测并与》GB/T

1222

-

2016《弹簧钢比对，结果见表3。表3试样的酸浸低倍组织项目中心疏松一般疏松中心偏析实测值1.00.

51.0GB/T

1222

-2016W2.0W2.0W2.0由表3可见，酸浸低倍组织符合要求。2.4夹杂物检测根据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》，对样品做夹杂物》

检测并与GB/T

1222-2016《弹簧钢比对，见表4。322.5高倍检测在样品缺陷处取样,,纵截面经制样抛光,,通过体。

式显微镜观察裂纹深3.

34mm呈垂直端面深入高

倍观察裂纹内及周围未见夹杂物存在也未见氧化现

象，见图2；腐蚀后，裂纹处组织与基体组织一致，其

基体组织为珠光体+铁素体+贝氏体，见图3。图2裂纹形貌（未腐蚀）

图3基体组织（腐蚀后）2.6基体硬度测试采用显微硬度机测试材料显微硬度，基体显微硬

度值超过300HBW。3分析与讨论造成端部开裂的原因很多,但归根结底是应力超

过材料承受应力范围造成开裂，该应力包括温度应

力、组织应力和形变应力。端部开裂一般是多个应力

共同作用的结果，但其中某一种因素为主要原因，而

其中剪切为直接原因或诱因，具有形变时效的特征。跟踪51CrV4弹簧扁钢端部出现开裂的情况，发

现多为剪切下来的扁钢放置一段时间端面出现贯穿

裂纹，说明剪切后弹扁存在较大的残余应力。从检测

的样品看，出现端部裂纹的51CrV4端面颜色大部分

呈淡黄白色，局部呈黄色、蓝色，裂纹颜色为灰白色。

根据颜色可判断剪切温度不高,裂纹颜色与端部颜色

不同，表明裂纹是剪切冷却后出现的,这与观察到的

现象相符，属于残余应力过大造成的时效裂纹从检测结果看,。出现端部开裂的样品成分未超标

准要求，夹杂物级别较低且没有聚集分布，可排除夹 20211新疆钢铁157杂物原因造成开裂硬度较高超过300HBW组织中

有贝氏体如果硬度高，钢材相应塑性较差，剪切和

。。,根据碳钢回火温度与颜色关系，剪切温度超过了

300T后续用户使用容易崩料和开裂，因此GB/T

1222

-

2016弹簧钢(》中对弹簧钢热轧态硬度做了要求，部

》。因此端部发蓝的51CrV4弹扁因剪切温度

高,端部较少出现裂纹。通过分析，结合宏观裂纹形貌，出现端部开裂

分钢种(包括50CrV)要求不超过321HBWo在DIN

100892002调质弹簧用热轧钢中对51CrV4剪切状

:(的51CrV4弹扁剪切温度低，组织中有贝氏体组织变形使贝氏体组织产生微裂纹钢材在存放期间。

当对扁钢进行低温剪切时，巨大的剪切应力和剪切

态要求低于280HBWo出现端部裂纹的51CrV4检测

硬度302HBW超过标准要求，会影响到剪切端面硬

。。变形区内的残余应力很可能使微裂纹扩展发展为

断面上的宏观裂纹，即剪切端部裂纹应力因释放而降低度高与组织有关,检测结果显示组织中存在贝氏体组

织,这是硬度高的原因。贝氏体组织的形成原因为51CrV4成分中含有

:。。同时，残余

,,

较多的Cr、Mn等合金元素，Cr、Mn元素可显著提高

钢材的淬透性，并且明显推迟奥氏体向铁素体和珠光

4结束语根据对检测结果的分析和讨论,认为：弹簧扁

体的转变，在较宽的冷却速度范围内获得贝氏体组

织，甚至马氏体组织。由表3,低倍检测偏析级别符

钢51CrV4端部开裂是由于轧后冷却不当造成组织

中出现贝氏体组织，剪切温度低、剪切应力和剪切

变形使贝氏体组织产生微裂纹51CrV4弹簧扁钢

合标准要求且较低，因此组织中存在贝氏体组织主要

是轧后冷却制度不合适造成的。贝氏体组织的存在,

。增加了材料的脆性和残余应力,使得材料在剪切时变

在存放期间，变形区内的残余应力使微裂纹扩展发展为断面上的宏观裂纹，造成厚规格残余应力更

大，出现端部开裂的可能性增大,

形困难，应力增加，当垂直于切面的张应力大于材料

的抗拉强度时，导致了开裂。。为减少51CrV4弹簧扁钢端部裂纹现象，建议

越厚的弹扁，截切需要的破断力越大,如没条

。当剪

切温度超过350T时,由于钢材有较好的塑韧性,

件使应力得到释放，残留的应力也会较大同时温度较高，变形应力容易得到释放，残余应力

采取以下措施：(1控制轧后冷却采取适当措施缓

冷，降低冷速控制在合理范围，抑制贝氏体组织形

成;(2提高剪切温度),)；(3)控制剪切后的冷却速度,

防止出现延迟开裂，应快速收集，抑制剪切后应力

较低，因此出现裂纹的机率较小弹扁端面发蓝。，

集中，产生时效开裂。(上接第25页)在循环吹炼周期内，吹炼3

-

9min是煤气回收

高峰段，此时将风机转速提高50rpm以利于提升煤

炼条件和介质用户需求，综合平衡回收量及热值的

气回收总量在后期结束段9

-

12min阶段CO反应

开始减弱,烟气由浓变淡，此时适当降低转速30

-

,,,选择比重，将氧气达标后的CO起始回收浓度在5%

-20%进行动态调整以使回收项最大化,。70rpm既有利于煤气回收的稳定状态又能够节省

动力电消耗,。。,3结束语转炉煤气回收是冶金行业炼钢工序能耗中最

为重要的回收项目，关系到转炉负能炼钢的效能水

系统回收起始浓度动态调整:受原料条件和各

类成分的变化，转炉主操的操作差异和炉内反应始

终存在频繁波动起伏煤气回收起始的前提是回

收烟气中氧气含量预先达标方能开始回收，在氧气

含量达到回收标准条件后,煤气中CO含量的起始

平，是节能降耗的主要攻关项目昆玉炼钢厂通过

。研究分析，优化了转炉综合入炉结构模式，调整过

程操作枪位、流量吹炼工艺和动态回收参数设置

等,从而逐步摸索出了煤气回收与生产、工艺、设备

的最佳平衡契合点，最终实现了煤气回收量和热值

的高效回收利用，达到了降低工序能耗的目的浓度就决定着回收开始期，昆玉炼钢厂根据转炉吹

。33