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(guò)程中主要作用是減震、復(fù)位及傳遞力力矩。由于彈簧用途廣泛，它的蹤跡遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，滲入到人們的日常生活。但在各使用領(lǐng)域中汽車(chē)業(yè)（包括發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)與摩托車(chē)制造業(yè)）是彈簧最重要的顧客，目前國(guó)內(nèi)彈簧制造企業(yè)銷(xiāo)售收入40%以上來(lái)自汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)業(yè)。并且由于汽車(chē)產(chǎn)品涉及到人身安全、環(huán)境保護(hù)和能源消耗，上世紀(jì)80年代以后各國(guó)政府紛紛通過(guò)立法的方式對(duì)汽車(chē)的安全、排放、節(jié)能指標(biāo)提出種種要求，這些要求主機(jī)廠必然分解落實(shí)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(mén)彈簧普遍地從原來(lái)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(shí)主機(jī)廠對(duì)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(wàn)次，最高提到100萬(wàn)次，并且針對(duì)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(yàn)的要求。由于彈簧自身的特點(diǎn)和加工方式?jīng)Q定了它對(duì)材料有非常高的要求與強(qiáng)烈的依賴(lài)性，材料表面微小的缺陷、冶金過(guò)程中產(chǎn)生的夾雜都會(huì)對(duì)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(mén)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(lái)的新問(wèn)題，國(guó)外一些彈簧生產(chǎn)企業(yè)與材料生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)手開(kāi)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(guó)鋼產(chǎn)量世界第一的地位很不匹配。本文從市場(chǎng)與彈簧生產(chǎn)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)兩方面表達(dá)了中國(guó)彈簧制造業(yè)對(duì)彈簧鋼材料生產(chǎn)的期望。
二、2004年中國(guó)汽車(chē)行業(yè)對(duì)配套需求量預(yù)測(cè)
根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2004年上半年國(guó)內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)汽車(chē)261.71萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)27.1%，累計(jì)銷(xiāo)售汽車(chē)255.36萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)24.15%。其中轎車(chē)生產(chǎn)量為122.87萬(wàn)輛，比去年同期增長(zhǎng)32.6%，銷(xiāo)售量112.4萬(wàn)輛，比去年同期增長(zhǎng)28.3%。雖然從2004年5月份起汽車(chē)銷(xiāo)量增幅趨緩，但絕對(duì)數(shù)比2003年仍有較大的增加。按照目前市場(chǎng)走勢(shì)，2004年國(guó)內(nèi)汽車(chē)總產(chǎn)量將接近500萬(wàn)輛，轎車(chē)產(chǎn)量在240萬(wàn)輛左右。摩托車(chē)銷(xiāo)售由于受到種種限制與2003年相比不會(huì)有很大增量，仍將維持在1300萬(wàn)輛左右。其余用于裝備工程機(jī)械和農(nóng)用車(chē)的柴油機(jī)生產(chǎn)雖然受宏觀調(diào)控的影響，但平均增長(zhǎng)率仍可維持較高水平。按照市場(chǎng)預(yù)測(cè)，2004年用于汽車(chē)及相關(guān)行業(yè)配套彈簧總量在10萬(wàn)噸以上，主要產(chǎn)品與彈簧鋼絲用量預(yù)測(cè)見(jiàn)表一。
表一：2004年汽車(chē)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)彈簧需求量預(yù)測(cè)
產(chǎn)品種類(lèi)需求量（萬(wàn)件）鋼絲牌號(hào)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(mén)彈簧1500050CrVA/55CrSi
SW0SC-V
2-510000
摩托車(chē)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(jì)101000
三、汽車(chē)配套用彈簧鋼絲供應(yīng)情況
國(guó)內(nèi)汽車(chē)配套彈簧生產(chǎn)所用鋼絲來(lái)自國(guó)內(nèi)和國(guó)外進(jìn)口兩方面。大致情況是國(guó)內(nèi)鋼絲主要用于制造不太重要或者技術(shù)能級(jí)比較低的產(chǎn)品，要求較高的產(chǎn)品以進(jìn)口鋼絲為主。高應(yīng)力懸架彈簧和合資品牌的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧幾乎全部用進(jìn)口鋼絲生產(chǎn)，微型轎車(chē)懸架彈簧、面包車(chē)前懸架彈簧、一些柴油機(jī)氣門(mén)彈簧出于成本考慮使用國(guó)產(chǎn)鋼絲生產(chǎn)。雖然進(jìn)口鋼絲價(jià)格高于國(guó)產(chǎn)鋼絲，但質(zhì)量水平差距明顯，并且合資品牌的汽車(chē)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(zhǔn)供應(yīng)商的原材料，客觀上也給它們進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)創(chuàng)造了有利條件。
1.國(guó)內(nèi)彈簧鋼絲主要供應(yīng)商：
國(guó)內(nèi)從事彈簧鋼盤(pán)條生產(chǎn)最著名的當(dāng)數(shù)寶鋼集團(tuán)，寶鋼本部和五鋼公司都能從事彈簧鋼盤(pán)條的生產(chǎn)，牌號(hào)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(hào)。從事彈簧鋼棒料生產(chǎn)企業(yè)眾多，如寶鋼集團(tuán)五鋼公司、無(wú)錫鋼廠、興澄鋼廠、大連鋼廠、長(zhǎng)城鋼廠等等，牌號(hào)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(hào)鋼絲，質(zhì)量水平參差不齊，產(chǎn)品原料主要來(lái)自寶鋼，部分從國(guó)外進(jìn)口，盤(pán)條供應(yīng)商有日本住友金屬、神戶(hù)制鋼和韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵。表二是國(guó)內(nèi)為汽車(chē)彈簧提供鋼絲制品的主要供應(yīng)商。
表二：國(guó)內(nèi)汽車(chē)彈簧用鋼絲主要供應(yīng)商
企業(yè)名稱(chēng)主要產(chǎn)品鋼絲牌號(hào)企業(yè)所在地
寶鋼集團(tuán)二鋼公司懸架彈簧鋼絲（ITW）
閥門(mén)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(mén)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(mén)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(jìn)口彈簧鋼絲供應(yīng)商：進(jìn)口彈簧鋼絲主要用于高要求懸架彈簧、氣門(mén)彈簧和離合器彈簧生產(chǎn)。供應(yīng)商來(lái)自瑞典、日本、德國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)、澳大利亞等國(guó)，見(jiàn)表三。
表三：進(jìn)口汽車(chē)彈簧鋼絲供應(yīng)商
國(guó)別材料供應(yīng)商進(jìn)口鋼絲品種
日本熱煉公司
杉田公司
住友金屬
神戶(hù)制鋼
鈴木公司
懸架彈簧鋼絲（ITW）
懸架彈簧鋼絲（油淬火）
閥門(mén)用彈簧鋼絲（油淬火）、鋼絲盤(pán)條
鋼絲盤(pán)條
閥門(mén)用彈簧鋼絲（油淬火）
韓國(guó)Kiss Wire
三和鋼棒
閥門(mén)用彈簧鋼絲（油淬火）
懸架彈簧鋼絲（ITW）
德國(guó)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(mén)用彈簧鋼絲（油淬火）
法國(guó)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(guó)內(nèi)汽車(chē)及相關(guān)產(chǎn)品彈簧制造商
國(guó)內(nèi)從事汽車(chē)及相關(guān)產(chǎn)品彈簧制造商為數(shù)眾多，相當(dāng)一部分生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)能級(jí)低，生產(chǎn)效率不高，但也有一部分企業(yè)技術(shù)能級(jí)和裝備水平較高，在市場(chǎng)上有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)。
企業(yè)名稱(chēng)主要產(chǎn)品企業(yè)性質(zhì)所在地主要顧客
上汽股份中國(guó)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(mén)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(chē)彈簧公司懸架彈簧
氣門(mén)彈簧
摩托車(chē)減震彈簧
中、港、馬合資廣州廣州本田等
摩托車(chē)、柴油機(jī)配套市場(chǎng)
五羊本田等
日正彈簧公司懸架彈簧
穩(wěn)定桿
日臺(tái)合資廣州廣州本田
廣州本田
遼陽(yáng)克索汽車(chē)彈簧公司懸架彈簧
穩(wěn)定桿
中、德、意合資遼陽(yáng)一氣、一汽大眾
一氣、一汽大眾
上海歐雷法汽車(chē)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(chē)減震彈簧民營(yíng)常州江蘇、浙江摩托車(chē)配套市場(chǎng)
興發(fā)彈簧公司離合器彈簧民營(yíng)浙江
富陽(yáng)
摩托車(chē)、汽車(chē)配套市場(chǎng)
三A彈簧公司懸架彈簧民營(yíng)浙江
諸暨
微型轎車(chē)、面包車(chē)市場(chǎng)
維修件
京濱彈簧公司氣門(mén)彈簧中日合資長(zhǎng)春一汽、柴油機(jī)配套市場(chǎng)
山東聯(lián)美汽車(chē)彈簧公司懸架彈簧
氣門(mén)彈簧
中美合資山東
淄博
微型轎車(chē)、面包車(chē)市場(chǎng)
摩托車(chē)、柴油機(jī)配套市場(chǎng)
威孚集團(tuán)無(wú)錫彈簧廠油泵彈簧股份制上市公司無(wú)錫油泵配套市場(chǎng)
無(wú)錫澤根彈簧公司油泵彈簧中日合資無(wú)錫油泵配套市場(chǎng)
北京彈簧廠氣門(mén)彈簧集體北京發(fā)動(dòng)機(jī)配套市場(chǎng)
杭州彈簧廠氣門(mén)彈簧民營(yíng)杭州柴油機(jī)配套市場(chǎng)
五、汽車(chē)彈簧代表性產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和原材料之間關(guān)系
在所有汽車(chē)彈簧中懸架彈簧和氣門(mén)彈簧是最具有代表性的產(chǎn)品，前者作為轎車(chē)減震系統(tǒng)的重要零件在轎車(chē)行駛過(guò)程中隨著路況變化一直處于動(dòng)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(chē)輛的操控性與安全性，它的性能是疲勞壽命特別受到主機(jī)廠的關(guān)注。氣門(mén)彈簧長(zhǎng)時(shí)期在惡劣的工況下工作，需要在高溫、高頻率下長(zhǎng)時(shí)期服役不失效，氣門(mén)彈簧失效不僅表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力下降，并且可能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，因此歷來(lái)被認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟零件。這兩種彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在汽車(chē)彈簧中十分具有代表性。
1.懸架彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
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(qiáng)度達(dá)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(jì)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力達(dá)到1100MPa以上甚至達(dá)到1200MPa。SUP12（SAE9254）雖然仍得到普遍使用，但已超過(guò)極限，必須借助彈簧制造過(guò)程中的應(yīng)力強(qiáng)化手段——噴丸，方始勉強(qiáng)使用，它的改進(jìn)型SAE9254+V（SUP12+V）和SRS60（神戶(hù)制鋼牌號(hào)）性能雖比SAE9254有所提高，但一當(dāng)懸架彈簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力接近或超過(guò)1200MPa時(shí)，其缺口敏感性和耐文化館疲勞性能也顯得難以滿(mǎn)足。面對(duì)日益升高的設(shè)計(jì)應(yīng)力，日本開(kāi)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(hù)制鋼聯(lián)手開(kāi)發(fā)了UHS1900和UHS2000新鋼種，分別適用于制造扭轉(zhuǎn)應(yīng)力達(dá)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(duì)材料綜合強(qiáng)化，使材料在高強(qiáng)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(chē)特別是小型車(chē)有更大的乘坐空間，要求彈簧所占空間減小，有些車(chē)型（如賽歐、帕薩特）將懸架彈簧設(shè)計(jì)成彈簧變外徑，材料變截面，目前這類(lèi)材料必須從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)。
1.3彈簧使用應(yīng)力不斷提升的同時(shí)對(duì)彈簧可靠要求同步提升，疲勞壽命的要求最高為100萬(wàn)次，有些還需通過(guò)50萬(wàn)次鹽霧疲勞，高應(yīng)力、高疲勞要求的結(jié)果必然對(duì)彈簧原材料提出更嚴(yán)的要求，高應(yīng)力彈簧原材料表面脫碳和缺陷受到嚴(yán)格限止，夾雜物和有害元素含量必須達(dá)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(jiǎn)化，熱處理風(fēng)險(xiǎn)減小，因此用冷卷方式生產(chǎn)懸架彈簧越來(lái)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(duì)高應(yīng)力的挑戰(zhàn)，新的強(qiáng)化工藝如多次噴丸、熱噴丸、應(yīng)力噴丸已付之實(shí)踐。
1.6腐蝕疲勞成為高應(yīng)力彈簧需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)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(mén)彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
2.1氣門(mén)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(mén)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(dòng)機(jī)高度。
2.3與懸架彈簧相類(lèi)似，氣門(mén)彈簧材料的主流鋼種從50CrVA發(fā)展到55CrSi（相近進(jìn)口牌號(hào)SW0SC-V、OTEVA70），氣門(mén)彈簧所用材料抗拉強(qiáng)度σb已經(jīng)達(dá)到2000MPa，最近Garphyttan公司推出強(qiáng)度更高的OTEVA90，σb達(dá)到2100MPa。該材料在Si-Cr鋼的基礎(chǔ)上添加Ni元素，使材料強(qiáng)韌性明顯提高。
2.4氣門(mén)彈簧材料鋼純度向超純凈鋼的發(fā)展，表面缺陷、夾雜物嚴(yán)格限制。材料表面經(jīng)過(guò)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(mén)彈簧材料的O含量不能超過(guò)30ppm。四種類(lèi)型的氧化物、硫化物夾雜必須達(dá)到零級(jí)。
2.5為了獲得更高的壓應(yīng)力Garphyttan公司推薦對(duì)OTEVA90材料卷成彈簧之后進(jìn)行氮化處理和超高硬度（HV825-850）丸粒噴丸。
六、國(guó)內(nèi)外彈簧鋼絲差距
從彈簧鋼絲使用者的角度出發(fā)，國(guó)內(nèi)彈簧鋼絲與國(guó)外同類(lèi)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(guó)內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè)，但和著名的神戶(hù)制鋼相比，在大方坯技術(shù)、夾雜物無(wú)害化處理、通盤(pán)材料的均勻性等方面尚有差距。
2.鋼絲制品國(guó)外企業(yè)已經(jīng)使用的剝皮和渦流探傷技術(shù)，國(guó)內(nèi)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有相應(yīng)的裝備，或者檢測(cè)技術(shù)不過(guò)關(guān)。
3.在機(jī)械性能方面，國(guó)產(chǎn)鋼絲同批材料，甚至同一盤(pán)材料強(qiáng)度范圍波動(dòng)很大，造成彈簧生產(chǎn)時(shí)外徑、自由長(zhǎng)度和收縮量難以控制。進(jìn)口鋼絲機(jī)械性能的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)鋼絲。如Garphttan公司生產(chǎn)的閥門(mén)鋼絲材料強(qiáng)度波動(dòng)能夠控制在100MPa以?xún)?nèi)，國(guó)內(nèi)企業(yè)似乎無(wú)一家能做到。
4.對(duì)彈簧疲勞壽命影響最大的表面缺陷、脫碳兩項(xiàng)指標(biāo)難以達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。
5.生產(chǎn)懸架彈簧的變截面材料，生產(chǎn)氣門(mén)彈簧的卵形截面材料國(guó)內(nèi)企業(yè)沒(méi)有能力生產(chǎn)，只能把市場(chǎng)拱手讓出。
6.新鋼種開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)企業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)，迄今對(duì)于新懸架彈簧材料和超純凈氣門(mén)彈簧材料開(kāi)發(fā)尚處于空白，并且近期也沒(méi)有開(kāi)發(fā)設(shè)想。
七、結(jié)束語(yǔ)
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(guó)汽車(chē)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(jī)遇，也對(duì)彈簧原材料生產(chǎn)了市場(chǎng)拉動(dòng)力。彈簧技術(shù)發(fā)展必然會(huì)對(duì)它們?cè)牧咸岣咴絹?lái)越高的要求，彈簧行業(yè)企盼國(guó)內(nèi)金屬制品業(yè)與時(shí)俱進(jìn)，為彈簧生產(chǎn)提出更多的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉材料。
