一、前言
彈簧是利用金屬材料彈性變形特性制造的彈性零件，在股役過程中主要作用是減震、復位及傳遞力力矩。由于彈簧用途廣泛，它的蹤跡遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，滲入到人們的日常生活。但在各使用領(lǐng)域中汽車業(yè)（包括發(fā)動機制造業(yè)與摩托車制造業(yè)）是彈簧最重要的顧客，目前國內(nèi)彈簧制造企業(yè)銷售收入40%以上來自汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)。并且由于汽車產(chǎn)品涉及到人身安全、環(huán)境保護和能源消耗，上世紀80年代以后各國政府紛紛通過立法的方式對汽車的安全、排放、節(jié)能指標提出種種要求，這些要求主機廠必然分解落實到各種配套產(chǎn)品。以懸架彈簧為例，80年代至今彈簧使用應(yīng)力提高近20%，重量相應(yīng)減少。氣門彈簧普遍地從原來內(nèi)外彈簧組成的雙彈簧結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閱螐椈山Y(jié)構(gòu)，材料節(jié)省30%以上。與此同時主機廠對彈簧的可靠度要求不斷地提高，懸架彈簧的疲勞壽命要求從20萬次，最高提到100萬次，并且針對高應(yīng)力條件下容易產(chǎn)生腐蝕疲勞的傾向，提出了鹽霧疲勞試驗的要求。由于彈簧自身的特點和加工方式?jīng)Q定了它對材料有非常高的要求與強烈的依賴性，材料表面微小的缺陷、冶金過程中產(chǎn)生的夾雜都會對彈簧造成致命的損害。另一方面為了節(jié)省空間或者出于舒適性考慮，彈原材料的形狀也出現(xiàn)了種種變化，如卵形和橢圓形截面材料廣泛地用于氣門彈簧的制造。變截面材料（一端或兩端）用于懸架彈簧生產(chǎn)等等。90年代以后為了適應(yīng)彈簧高應(yīng)力、輕量化帶來的新問題，國外一些彈簧生產(chǎn)企業(yè)與材料生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)手開發(fā)了一批適用于高應(yīng)力、耐腐蝕、超純凈的新材料。相比之下，在我國鋼產(chǎn)量世界第一的地位很不匹配。本文從市場與彈簧生產(chǎn)、技術(shù)發(fā)展趨勢兩方面表達了中國彈簧制造業(yè)對彈簧鋼材料生產(chǎn)的期望。
二、2004年中國汽車行業(yè)對配套需求量預測
根據(jù)最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2004年上半年國內(nèi)累計生產(chǎn)汽車261.71萬輛，同比增長27.1%，累計銷售汽車255.36萬輛，同比增長24.15%。其中轎車生產(chǎn)量為122.87萬輛，比去年同期增長32.6%，銷售量112.4萬輛，比去年同期增長28.3%。雖然從2004年5月份起汽車銷量增幅趨緩，但絕對數(shù)比2003年仍有較大的增加。按照目前市場走勢，2004年國內(nèi)汽車總產(chǎn)量將接近500萬輛，轎車產(chǎn)量在240萬輛左右。摩托車銷售由于受到種種限制與2003年相比不會有很大增量，仍將維持在1300萬輛左右。其余用于裝備工程機械和農(nóng)用車的柴油機生產(chǎn)雖然受宏觀調(diào)控的影響，但平均增長率仍可維持較高水平。按照市場預測，2004年用于汽車及相關(guān)行業(yè)配套彈簧總量在10萬噸以上，主要產(chǎn)品與彈簧鋼絲用量預測見表一。
表一：2004年汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)彈簧需求量預測
產(chǎn)品種類需求量（萬件）鋼絲牌號規(guī)格范圍（mm）鋼絲用量（噸）
懸架彈簧130055CrSi/60Si2MnA
SAE9254/SRS60
9-1530000
穩(wěn)定桿26055Cr314-3018000
氣門彈簧1500050CrVA/55CrSi
SW0SC-V
2-510000
摩托車減震彈簧500066CrSi/60Si2MnA
碳素彈簧鋼絲
3.5-6.520000
離合器彈簧800055CrSi/SW0SC-V3-54000
油泵/亦速箱彈簧800050CrVA/55CrSi
碳素彈簧鋼絲
2-54000
其它-15000
合計101000
三、汽車配套用彈簧鋼絲供應(yīng)情況
國內(nèi)汽車配套彈簧生產(chǎn)所用鋼絲來自國內(nèi)和國外進口兩方面。大致情況是國內(nèi)鋼絲主要用于制造不太重要或者技術(shù)能級比較低的產(chǎn)品，要求較高的產(chǎn)品以進口鋼絲為主。高應(yīng)力懸架彈簧和合資品牌的發(fā)動機氣門彈簧幾乎全部用進口鋼絲生產(chǎn)，微型轎車懸架彈簧、面包車前懸架彈簧、一些柴油機氣門彈簧出于成本考慮使用國產(chǎn)鋼絲生產(chǎn)。雖然進口鋼絲價格高于國產(chǎn)鋼絲，但質(zhì)量水平差距明顯，并且合資品牌的汽車配套彈簧在圖紙上往往已經(jīng)規(guī)定好必須使用它們批準供應(yīng)商的原材料，客觀上也給它們進入中國市場創(chuàng)造了有利條件。
1.國內(nèi)彈簧鋼絲主要供應(yīng)商：
國內(nèi)從事彈簧鋼盤條生產(chǎn)最著名的當數(shù)寶鋼集團，寶鋼本部和五鋼公司都能從事彈簧鋼盤條的生產(chǎn)，牌號碳素鋼絲主要有SWRH72A、72B、82A、82B等，合金彈簧鋼絲主要有60Si2MnA、55CrSi等牌號。從事彈簧鋼棒料生產(chǎn)企業(yè)眾多，如寶鋼集團五鋼公司、無錫鋼廠、興澄鋼廠、大連鋼廠、長城鋼廠等等，牌號以60Si2MnA和60Si2CrA為主。能夠生產(chǎn)彈簧鋼絲制品的企業(yè)遍布各地，多數(shù)是小型拉絲廠，除生產(chǎn)彈簧鋼絲外也生產(chǎn)其它牌號鋼絲，質(zhì)量水平參差不齊，產(chǎn)品原料主要來自寶鋼，部分從國外進口，盤條供應(yīng)商有日本住友金屬、神戶制鋼和韓國浦項鋼鐵。表二是國內(nèi)為汽車彈簧提供鋼絲制品的主要供應(yīng)商。
表二：國內(nèi)汽車彈簧用鋼絲主要供應(yīng)商
企業(yè)名稱主要產(chǎn)品鋼絲牌號企業(yè)所在地
寶鋼集團二鋼公司懸架彈簧鋼絲（ITW）
閥門彈簧鋼絲
碳素彈簧鋼絲
55CrSi/60Si2MnA
55CrSi/50CrVA
C組、D組
上海
鄭州金屬制品所懸架彈簧鋼絲（油淬火）
閥門彈簧鋼絲（油淬火）
碳素彈簧鋼絲
55CrSi/60Si2MnA
50CrVA/55CrSi
C組、D組
鄭州
天津棣華特殊鋼公司懸架彈簧鋼絲（ITW）55CrSi/60Si2MnA天津
首鋼特鋼公司閥門彈簧鋼絲（油淬火）
碳素彈簧鋼絲
50CrVA/55CrSi
C組、D組
北京
三聯(lián)金屬制品公司碳素彈簧鋼絲C組、D組上海
江西新華金屬制品公司鋼絲廠碳素彈簧鋼絲C組、D組江西新余
東吳金屬材料公司懸架彈簧鋼絲（ITW）60Si2MnA南京
諸暨市海納特鋼公司懸架彈簧鋼絲（ITW）60Si2MnA浙江諸暨
2.進口彈簧鋼絲供應(yīng)商：進口彈簧鋼絲主要用于高要求懸架彈簧、氣門彈簧和離合器彈簧生產(chǎn)。供應(yīng)商來自瑞典、日本、德國、韓國、法國、澳大利亞等國，見表三。
表三：進口汽車彈簧鋼絲供應(yīng)商
國別材料供應(yīng)商進口鋼絲品種
日本熱煉公司
杉田公司
住友金屬
神戶制鋼
鈴木公司
懸架彈簧鋼絲（ITW）
懸架彈簧鋼絲（油淬火）
閥門用彈簧鋼絲（油淬火）、鋼絲盤條
鋼絲盤條
閥門用彈簧鋼絲（油淬火）
韓國Kiss Wire
三和鋼棒
閥門用彈簧鋼絲（油淬火）
懸架彈簧鋼絲（ITW）
德國撒斯特公司表面剝皮彈簧鋼棒（等截面、異形截面、退火態(tài)）
瑞典Garphyttan公司閥門用彈簧鋼絲（油淬火）
法國歐雷法公司表面剝皮彈簧鋼棒（等截面、異形截面、退火態(tài)）
澳大利亞BHP公司退火彈簧鋼棒（穩(wěn)定桿用）
四、國內(nèi)汽車及相關(guān)產(chǎn)品彈簧制造商
國內(nèi)從事汽車及相關(guān)產(chǎn)品彈簧制造商為數(shù)眾多，相當一部分生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)能級低，生產(chǎn)效率不高，但也有一部分企業(yè)技術(shù)能級和裝備水平較高，在市場上有相當競爭力，表四是彈簧行業(yè)中生產(chǎn)上具有特色，產(chǎn)品有一定競爭力的企業(yè)。
企業(yè)名稱主要產(chǎn)品企業(yè)性質(zhì)所在地主要顧客
上汽股份中國彈簧廠懸架彈簧股份制上市公司上海上海大眾、上海通用、一汽大眾、神龍等
上海中旭彈簧公司氣門彈簧中德合資上海上海大眾、上海通用、一汽大眾等
上海中星懸架件公司穩(wěn)定桿中日合資上海上海大眾、上海通用、廣州本田等
廣州華德汽車彈簧公司懸架彈簧
氣門彈簧
摩托車減震彈簧
中、港、馬合資廣州廣州本田等
摩托車、柴油機配套市場
五羊本田等
日正彈簧公司懸架彈簧
穩(wěn)定桿
日臺合資廣州廣州本田
廣州本田
遼陽克索汽車彈簧公司懸架彈簧
穩(wěn)定桿
中、德、意合資遼陽一氣、一汽大眾
一氣、一汽大眾
上海歐雷法汽車彈簧公司懸架彈簧、扭桿中法合資上海神龍
天發(fā)彈簧公司懸架彈簧中日合資天津天津一汽
常州銘錦彈簧公司摩托車減震彈簧民營常州江蘇、浙江摩托車配套市場
興發(fā)彈簧公司離合器彈簧民營浙江
富陽
摩托車、汽車配套市場
三A彈簧公司懸架彈簧民營浙江
諸暨
微型轎車、面包車市場
維修件
京濱彈簧公司氣門彈簧中日合資長春一汽、柴油機配套市場
山東聯(lián)美汽車彈簧公司懸架彈簧
氣門彈簧
中美合資山東
淄博
微型轎車、面包車市場
摩托車、柴油機配套市場
威孚集團無錫彈簧廠油泵彈簧股份制上市公司無錫油泵配套市場
無錫澤根彈簧公司油泵彈簧中日合資無錫油泵配套市場
北京彈簧廠氣門彈簧集體北京發(fā)動機配套市場
杭州彈簧廠氣門彈簧民營杭州柴油機配套市場
五、汽車彈簧代表性產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢和原材料之間關(guān)系
在所有汽車彈簧中懸架彈簧和氣門彈簧是最具有代表性的產(chǎn)品，前者作為轎車減震系統(tǒng)的重要零件在轎車行駛過程中隨著路況變化一直處于動載荷狀態(tài)，懸架彈簧不僅涉及到乘員的舒適性還涉及到車輛的操控性與安全性，它的性能是疲勞壽命特別受到主機廠的關(guān)注。氣門彈簧長時期在惡劣的工況下工作，需要在高溫、高頻率下長時期服役不失效，氣門彈簧失效不僅表現(xiàn)為發(fā)動機驅(qū)動力下降，并且可能損壞發(fā)動機，因此歷來被認為是發(fā)動機的心臟零件。這兩種彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢，在汽車彈簧中十分具有代表性。
1.懸架彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢
1.1原材料：從70年代末到目前25年間，懸架彈簧原材料主流鋼種經(jīng)歷了Cr-V、Si-Mn、Cr-Mn鋼（代表鋼SUP10、SUP7、SUP6）到Si-Cr鋼（代表鋼種SUP12、SRS60）再到新一代材料（代表鋼種UHS1900、UHS2000）的發(fā)展歷程。日本熱煉公司在80年代發(fā)明了感應(yīng)加熱方法生產(chǎn)懸架彈簧鋼絲，使Si-Cr鋼在抗拉強度達到2000MPa的條件下仍具有良好的塑性。90年代以后懸架彈簧普遍是高應(yīng)力、輕量化設(shè)計，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力達到1100MPa以上甚至達到1200MPa。SUP12（SAE9254）雖然仍得到普遍使用，但已超過極限，必須借助彈簧制造過程中的應(yīng)力強化手段——噴丸，方始勉強使用，它的改進型SAE9254+V（SUP12+V）和SRS60（神戶制鋼牌號）性能雖比SAE9254有所提高，但一當懸架彈簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力接近或超過1200MPa時，其缺口敏感性和耐文化館疲勞性能也顯得難以滿足。面對日益升高的設(shè)計應(yīng)力，日本開展了新鋼種研發(fā)，三菱制鋼推出了HDS12和HDS13，日本NHK、大同制鋼、神戶制鋼聯(lián)手開發(fā)了UHS1900和UHS2000新鋼種，分別適用于制造扭轉(zhuǎn)應(yīng)力達到1200MPa和1300MPa懸架彈簧。和以往鋼種不同的是UHS1900和UHS2000突破了以往的理念，將含碳量降到0.4%左右，并且加入Ni、Mo、Nb、V等元素，對材料綜合強化，使材料在高強度（硬度）下仍然保持高的K1c值，特別是加入Ni的結(jié)果使材料的耐文化館疲勞能力大為提高。
1.2為了使汽車特別是小型車有更大的乘坐空間，要求彈簧所占空間減小，有些車型（如賽歐、帕薩特）將懸架彈簧設(shè)計成彈簧變外徑，材料變截面，目前這類材料必須從國外進口，國內(nèi)不能生產(chǎn)。
1.3彈簧使用應(yīng)力不斷提升的同時對彈簧可靠要求同步提升，疲勞壽命的要求最高為100萬次，有些還需通過50萬次鹽霧疲勞，高應(yīng)力、高疲勞要求的結(jié)果必然對彈簧原材料提出更嚴的要求，高應(yīng)力彈簧原材料表面脫碳和缺陷受到嚴格限止，夾雜物和有害元素含量必須達到控制范圍。
1.4感應(yīng)加熱材料在高硬度（HRC54-55）仍保持良好的塑性（Ψ＞35%）彈簧冷卷成形后只需要消除應(yīng)力即可，使彈簧加工工藝簡化，熱處理風險減小，因此用冷卷方式生產(chǎn)懸架彈簧越來越受到生產(chǎn)者的歡迎，特別在90年代后期出現(xiàn)合力偏心的S型懸架彈簧只能使用冷卷成形。
1.5面對高應(yīng)力的挑戰(zhàn)，新的強化工藝如多次噴丸、熱噴丸、應(yīng)力噴丸已付之實踐。
1.6腐蝕疲勞成為高應(yīng)力彈簧需要重點關(guān)注的問題，目前解決方案從兩方面著手，一是研制耐腐蝕疲勞的新材料，如前面提到的UHS1900和UHS2000。二是研發(fā)具有更好的耐腐蝕和耐沖擊的涂層材料和相應(yīng)的涂裝工藝。
2.氣門彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢
2.1氣門彈簧結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)的內(nèi)外彈簧雙彈簧結(jié)構(gòu)改變成單彈簧結(jié)構(gòu)。
2.2氣門彈簧材料從傳統(tǒng)的圓形發(fā)展為卵形及橢圓形，相比之下后兩種形狀材料比圓形材料應(yīng)力分布更合理并且有利于減小發(fā)動機高度。
2.3與懸架彈簧相類似，氣門彈簧材料的主流鋼種從50CrVA發(fā)展到55CrSi（相近進口牌號SW0SC-V、OTEVA70），氣門彈簧所用材料抗拉強度σb已經(jīng)達到2000MPa，最近Garphyttan公司推出強度更高的OTEVA90，σb達到2100MPa。該材料在Si-Cr鋼的基礎(chǔ)上添加Ni元素，使材料強韌性明顯提高。
2.4氣門彈簧材料鋼純度向超純凈鋼的發(fā)展，表面缺陷、夾雜物嚴格限制。材料表面經(jīng)過剝皮和兩次渦流探傷，不能有全脫碳。有害元素S、P需要控制之外，O、N、H、Al、Cu元素含量也屬于控制之列，如大眾公司規(guī)定氣門彈簧材料的O含量不能超過30ppm。四種類型的氧化物、硫化物夾雜必須達到零級。
2.5為了獲得更高的壓應(yīng)力Garphyttan公司推薦對OTEVA90材料卷成彈簧之后進行氮化處理和超高硬度（HV825-850）丸粒噴丸。
六、國內(nèi)外彈簧鋼絲差距
從彈簧鋼絲使用者的角度出發(fā)，國內(nèi)彈簧鋼絲與國外同類產(chǎn)品相比還有較大的差距。
1.鋼絲原材料質(zhì)量寶鋼是國內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè)，但和著名的神戶制鋼相比，在大方坯技術(shù)、夾雜物無害化處理、通盤材料的均勻性等方面尚有差距。
2.鋼絲制品國外企業(yè)已經(jīng)使用的剝皮和渦流探傷技術(shù)，國內(nèi)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)沒有相應(yīng)的裝備，或者檢測技術(shù)不過關(guān)。
3.在機械性能方面，國產(chǎn)鋼絲同批材料，甚至同一盤材料強度范圍波動很大，造成彈簧生產(chǎn)時外徑、自由長度和收縮量難以控制。進口鋼絲機械性能的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于國產(chǎn)鋼絲。如Garphttan公司生產(chǎn)的閥門鋼絲材料強度波動能夠控制在100MPa以內(nèi)，國內(nèi)企業(yè)似乎無一家能做到。
4.對彈簧疲勞壽命影響最大的表面缺陷、脫碳兩項指標難以達到國外同類產(chǎn)品水平。
5.生產(chǎn)懸架彈簧的變截面材料，生產(chǎn)氣門彈簧的卵形截面材料國內(nèi)企業(yè)沒有能力生產(chǎn)，只能把市場拱手讓出。
6.新鋼種開發(fā)是國內(nèi)企業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)，迄今對于新懸架彈簧材料和超純凈氣門彈簧材料開發(fā)尚處于空白，并且近期也沒有開發(fā)設(shè)想。
七、結(jié)束語
彈簧鋼絲是彈簧的主要原料，其質(zhì)量好壞主要程度上決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。中國汽車工業(yè)超常規(guī)發(fā)展不僅給彈簧制造業(yè)提供難得的發(fā)展機遇，也對彈簧原材料生產(chǎn)了市場拉動力。彈簧技術(shù)發(fā)展必然會對它們原材料提高越來越高的要求，彈簧行業(yè)企盼國內(nèi)金屬制品業(yè)與時俱進，為彈簧生產(chǎn)提出更多的質(zhì)優(yōu)價廉材料。
