直徑大于20mm棒材制作成的螺旋絎磨管廣泛用于鐵路車輛、產業機械和工程機械。隨著螺旋絎磨管的反復壓縮拉伸,絎磨管的棒材承受著彎曲-彎曲回復的應力。應力的最大值都是出現在棒材表面,所以,螺旋絎磨管棒材的表面狀態對絎磨管的疲勞強度有很大影響。疲勞試驗后的螺旋絎磨管斷口的外觀顯示,螺旋絎磨管斷口的起點在絎磨管內徑側的表面。
在制作螺旋絎磨管時,由于棒材直徑大,絎磨管的熱成形,成形為螺旋絎磨管后,直接進行淬火,使絎磨管具有要求的強度。由于螺旋絎磨管是在表面殘留熱處理脫碳的狀態下使用,脫碳使絎磨管的表面硬度減小,并由此引發疲勞強度的下降。因此,對于許多螺旋絎磨管來說,抑制熱成形—淬火脫碳是十分重要的問題。
如何控制脫碳?目前采用的較為有效的措施為添加合金元素。一般是添加Sb、Sn抑制淬火脫碳。
同樣的化學成分,其中一個是添加Sb、Sn的鋼(SbSn添加鋼)、另一個是未添加Sb、Sn的鋼(無SbSn鋼)。無SbSn鋼的表層C濃度約為0.2%、脫碳深度約0.3mm,而SbSn添加鋼的表層碳濃度約為0.45%、脫碳深度約0.1mm。Sb、Sn抑制脫碳的作用得到確認,其原因是SbSn的添加使C的擴散系數變小、脫碳受到抑制。
添加Sb、Sn的鋼,噴丸后殘余應力變大。為提高螺旋絎磨管的疲勞特性,一般要對螺旋絎磨管進行噴丸處理。但由于脫碳層的屈服強度顯著下降,使噴丸處理賦予絎磨管的殘余應力顯著變小。SbSn添加鋼從表層到0.2mm深度范圍內,最大主應力方向的壓縮殘余應力為―600MPa~―800MPa,而無SbSn鋼的該值是―300MPa~ ―400MPa。SbSn添加鋼的壓縮殘余應力比現行絎磨管鋼約高出300MPa。其原因還是SbSn的添加抑制了脫碳。
值得注意的是,合金元素對絎磨管鋼的淬透性和其他主要特性有很大影響,因此,對實際絎磨管鋼來說,不能輕易改變這些元素的含量。添加微量元素可以對絎磨管鋼的其他特性進行抑制,因此,微量元素也可以用于其他各種鋼材的特性控制,從而開發出高性能鋼材以滿足用戶的需求。
此技術可以有效解決,高強度大規格絎磨管鋼使用不久發生斷裂的問題。