1前言
不锈钢棒线材被广泛用于制造汽车、产业机械、基础设施和建筑物等的螺栓类锻造零件、轴类切削加工部件以及弹簧、钢丝等其他各种零部件，除耐蚀性和耐用性外，还要求高强度、高韧性、刚性模量、耐热性、锻造性和切削性等诸多高功能特性。这些高功能化除了材料的成分设计外，热处理加工过程的组织控制也很重要。例如螺栓、自钻螺丝等连接构件，除了强度和耐蚀性的材料设计要求外，还要求成型时的冷锻造性。冷锻性依存于晶体粒径，需要通过钉扎奥氏体和铁素体晶界，以及控制位错的微细脱氧生成物和碳氮化物的形态，从而有效地调整晶体粒径。对于弹簧材料，除了高强度特性外，还要求具有抗纵裂性、耐热弹性衰减性能和高刚性模量等，因此需要通过热处理加工来进行组织控制。本文介绍了为提高弹簧材料性能的组织控制技术。
2通过组织控制提高弹簧材料性能
SUS304等奥氏体系不锈钢螺旋弹簧材料通过强拉丝和时效热处理，强度可提高到1800-3000MPa，适用于各种精密零部件。原料线材和钢丝进行了以晶粒细化为目的的工艺设计，高效的晶粒细化方法之一是利用炼钢阶段生成的微细脱氧生成物。采用Si-Mn脱氧时，若使氧浓度达到约50ppm，凝固时将生成晶体粒径约1μm的MnO-SiO2系脱氧生成物。之后，在奥氏体区域的热处理中部分分解，以晶体粒径约0.2μm的MnOCr2O3系稳定氧化物再析出。再析出的微细MnO-Cr2O3系氧化物在热处理加工时能有效地钉扎晶界，显著抑制奥氏体晶粒长大，使晶粒细化。
为了提高强度，对于SUS301等亚稳态奥氏体系材料，利用强拉丝技术产生形变诱导马氏体是有效的方法。但拉丝过程中的残余应力等有时会引起纵裂，特别是形变诱导相变产生板条马氏体组织后仍继续形变，就会变为低延展性的位错网格状结构，如果存在非金属夹杂物等异物颗粒，则在其周围产生微裂纹。由于残余应力和氢的存在，微裂纹在钢丝向纵裂扩展。为了防止纵裂，在确保强度和延展性的同时，拉丝加工形成形变热处理型板条马氏体很重要。
为进一步提高强度，可以对亚稳态奥氏体系Type201（17Cr-5Ni-5Mn-0.2N系 ）等材料进行渗氮时效硬化。在拉丝后200-500℃的宽泛温度范围内具有约300-400MPa的高时效硬化能力。根据DSC分析，在约150℃时效温度下，α组织中发生氮扩散；在约250℃时效温度下，γ组织中发生氮扩散；在约400℃时效温度下，确认了相当于Cr扩散的活化能。
除了高强度之外，不锈钢弹簧材料为维持在上述温度范围内的精密复原力，还要求耐热弹性衰减性能，对此，纳米析出控制技术是有效的。在改进型SUS631J1系的钼添加钢（13Cr-8Ni-2Mo-1Al系）中，通过拉丝生成形变诱导马氏体，例如，在500℃左右进行析出硬化处理，就会全面微细析出纳米级的NiAl和MoC析出物。通过该微细析出物，上述温度范围内的应力缓和特性降低到析出硬化系SUS631J1弹簧材料的一半左右，耐热弹性衰减性能显著提高。
作为弹簧常数的刚性模量，除了成分以外，还取决于拉丝的结构各向异性和可动位错等金属结构。尤其是SUS821L1（21Cr 2Ni-0.2N系），如果进行拉丝-时效处理，可以获得约85GPa的高刚性模量，比通用的SUS304弹簧材料（70GPa）提高20%左右，可以期待轻量化。
3结语
不锈钢弹簧材料除了成分设计之外，通过利用脱氧生成物、形变诱导马氏体、渗氮时效生成物和纳米析出等的组织控制，可以提高强度、耐热弹性衰减性能和刚性模量等弹簧材料性能。（全荣）
