汽车用悬架弹簧正向轻量化、高应力、高性能方向发展,同时要求其拥有极高的可靠性和安全性。根据弹簧钢在不同服役条件下的应用情况,还要求它具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、耐热性等,以避免服役过程中过早发生疲劳断裂。本文在55SiCr弹簧钢成分的基础上,结合C元素及V元素对弹簧钢组织和性能的影响,采用成分微调的手段对其成分进行优化,以改善微观组织,提高其力学性能。论文首先运用JMatPro软件计算分析了改变弹簧钢中元素V和C的质量分数时,钢中的析出相以及析出温度。然后利用实验室30kg真空感应炉冶炼了三炉实验钢,结合前期冶炼的5炉实验钢,以及国内某钢厂提供的标准55SiCr钢样。利用直读光谱分析仪、洛氏硬度仪、万能材料拉伸实验机、冲击试验机、Olympus GX51倒置型光学显微镜、扫描电镜和旋转弯曲疲劳试验机等测试仪器,综合分析不同设计成分下的铸态、锻态及不同热处理制度下的实验钢组织和力学性能,从而确定最优的成分体系。分析实验结果发现:当实验钢中添加质量分数为0.15%的V元素时,在880℃保温30 min+油淬+450℃回火保温120 min+空冷的热处理制度下,实验钢的组织、韧性、强度和疲劳寿命均得到显著的改善。与工厂提供的试样性能相比,其抗拉强度提高125 MPa,疲劳寿命极限由3.93×105提高到6.68×105。分析主要原因是弥散析出的VC发挥了析出强化和细晶强化作用。在880℃保温30 min+油淬+450℃回火保温120 min+空冷的热处理制度下,1#～5#实验钢金相组织基本为回火托氏体,并且随着V质量分数的增加,晶粒有明显被细化的趋势。增加C的质量分数到0.65%,7#钢和8#钢强度再次提高,至1765 MPa,但断后伸长率和断面收缩率分别下降了 1.3%和1.2%。说明适当提高C元素的质量分数可提高弹簧钢的强度。在880℃保温30 min+油淬+350℃回火保温120 min+空冷的热处理制度下,实验钢的金相组织主要由板条马氏体、片状马氏体和回火托氏体组成,在该回火制度下实验钢具有较高的硬度和强度,主要是因为在此温度下回火马氏体结构保持完整且数量较多,马氏体基体强化作用明显。4#、5#、8#实验钢中加入了较多的V元素,晶粒得到细化,韧性得到明显的改善。根据350℃回火制度下实验钢的抗拉强度,断面收缩率及断后伸长率的对比结果,发现V元素质量分数为0.15%左右时,实验钢的综合力学性能最优。疲劳试验发现,450℃回火后的弹簧钢试样疲劳寿命明显高于350℃回火后试样的疲劳寿命。当V元素质量分数为0.15%,在350℃和450℃回火后实验钢的疲劳寿命分别较工厂试样提高了 2.46×105和2.75×105。实验钢夹杂物质量分数较少且尺寸较小,因此具有较高的疲劳寿命极限。通过对疲劳断口处夹杂物的分析发现,夹杂物主要为硫化物、硫化物包裹氧化铝以及硫化物与镁铝尖晶石相结合的三类夹杂物。夹杂物尺寸基本在2 μm～10 μm之间,数量较少。由JMatPro软件对钢析出相的热力学计算以及金相组织的分析可见,在450℃回火后针状渗碳体沿着板条边界处析出,阻碍了位错滑移,改善了滑移带结构,发挥一定的强化作用。350℃回火后的疲劳极限比明显低于450℃回火后的试样。