CN101993981A - 55CrMnBA弹簧钢生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种55CrMnBA弹簧钢生产工艺，该工艺依次包括下列工艺步骤：电炉或转炉冶炼、LF炉精炼、150×150方坯连铸、钢坯堆冷、650机组轧制、检验、入库；其中通过650机组轧制时必须加盖保温罩缓冷，下冷床后应快速收集为截面400mm×500mm的钢垛，码放整齐，堆冷；连铸时的钢水过热度小于30℃，拉坯速度小于2.2m/min；LF炉白渣精炼时间大于15min，精炼后的钢包底吹氩气时间大于8min，氩气流量为70～80L/min，氩气压力为30Mpa左右；采用喂硅钙线的方法，对钢中夹杂物进行变性处理，使钢中夹杂物呈现球状弥散分布，硅钙线的喂入量为250m/t钢水。采用本发明工艺能够以较低的成本生产大淬透厚度的弹簧钢，提高产品竞争力。

Description

55CrMnBA弹簧钢生产工艺

技术领域

本发明涉及一种弹簧钢生产工艺，特别是55CrMnBA弹簧钢生产工艺。

背景技术

20世纪80年代之前，我国生产的汽车用弹簧扁钢厚度以小于16mm居多。近年来随着我国重型汽车工业的发展，对汽车用弹簧扁钢的需求有了新的变化。目前市场大量需求的规格为厚度16mm～25mm，宽度75mm～90mm的弹簧扁钢，个别弹簧扁钢断面厚度达到35mm。

我国现用弹簧钢国家标准GB/T1222-2007共收录15个牌号，详见表1。其中合金弹簧钢13个，这些钢中Si-Mn系3个(55SiMnVB、60Si2Mn、60Si2MnA)，Cr-Mn(-B)系3个(55CrMnA、60CrMnA、60CrMnBA)，Si-Cr(-v)系3个(55SiCrA、60Si2CrA、60Si2CrVA)，Cr-Mn(-v)系1个(50CrVA)，含W弹簧钢1个(30W4Cr2VA)，碳素弹簧钢4个(65、70、85、65Mn)。

表1  我国弹簧钢的牌号与化学成分(GB/T1222-2007)

碳素弹簧钢和Si-Mn系弹簧钢，由于淬透性差，只能用于生产厚度小于14mm的弹簧扁钢。Si-Cr(-v)弹簧钢通常用来制作高应力悬挂弹簧，30W4Cr2VA弹簧钢用于制作特种弹簧。因此，生产厚度16mm～25mm的汽车用弹簧扁钢，通常在Cr-Mn(-B)系和Cr-Mn(-v)系中进行挑选。

用55CrMnA、60CrMnA(相当于日本弹簧钢SUP9、SUP9A)弹簧钢生产，具有成本低的优势，但淬透性不能满足要求，55CrMnA、60CrMnA的淬透厚度为18mm；用60CrMnBA组织生产，虽然淬透性满足要求(最大淬火厚度为24mm)，但是钢材的热轧态硬度偏高，钢材剪切困难，工艺性能差，需热处理后方可使用，限制了推广使用；用50CrVA弹簧钢组织生产，淬透性能满足要求(最大淬透厚度为27mm)，但由于钢中含有贵重的合金元素V，钢材价格昂贵，市场竞争力弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种55CrMnBA弹簧钢生产工艺，不仅能够生产出大淬透厚度的弹簧钢，而且生产成本低廉，产品竞争力强。

本发明的目的是这样实现的：一种55CrMnBA弹簧钢生产工艺，该工艺依次包括下列工艺步骤：电炉或转炉冶炼、LF炉精炼、150×150方坯连铸、钢坯堆冷、650机组轧制、检验、入库；其中通过650机组轧制时必须加盖保温罩缓冷，下冷床后应快速收集为截面400mm×500mm的钢垛，码放整齐，堆冷；连铸时的钢水过热度小于30℃，拉坯速度小于2.2m/min；LF炉白渣精炼时间大于15min，精炼后的钢包底吹氩气时间大于8min，氩气流量为70～80L/min，氩气压力为30Mpa左右；采用喂硅钙线的方法，对钢中夹杂物进行变性处理，使钢中夹杂物呈现球状弥散分布，硅钙线的喂入量为250m/t钢水。

55CrMnA弹簧钢，由于力学性能优良，生产成本相对低廉，市场需求量大，生产量大，本发明工艺以55CrMnA弹簧钢的化学成分为基础，对化学成分进行设计与优化，开发出了新的弹簧钢品种。

(1)硼：硼对淬透性贡献最大，0.001％～0.003％硼的作用分别相当于0.6％Mn、0.70％Cr、0.15％Mo、1.5％Ni，因此可以节约大量合金元素，弹簧扁钢的淬透厚度可达到24mm。此外，硼元素还能提高钢的抗弹减性。由于硼的化学性质非常活泼，收得率不太稳定，为保证冶炼化学成分合格率，将硼的含量范围规定为0.001％～0.004％。硼元素容易与钢水中的氮结合，生成氮化物，从而影响硼元素的使用效果，应严格控制钢水中的氮含量，要求N≤0.0070％。

(2)碳：碳是主要的强化元素，碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化作用，它与强形成碳化物元素形成碳化物析出时，起沉淀强化作用。因此，碳对弹簧钢的强度、硬度、塑性、韧性、脱碳倾向、显微组织都有很大影响。

如果采用60CrMnBA的碳含量范围，钢材的热轧态硬度偏高，剪切困难，不可取；如果采用55CrMnA的碳含量范围，由于钢中加入了一定量的硼，硼元素会略微降低钢的强度，也不能照搬。因此，碳的含量采用了两者之间的范围，规定为0.54％～0.62％。

(3)锰与铬：锰能显著提高淬透性，改善钢的热处理性能，强化基体和细化珠光体，从而提高钢的强度与硬度；铬能显著提高钢的淬透性，铬和锰共用有相得益彰之效，铬的突出优点是不致促使钢脱碳、石墨化和晶粒粗化。将锰与铬在55CrMnA的基础上略微调高，即锰含量定为0.75％～1.05％，铬的含量定为0.75％～1.05％。

(4)磷：是有害元素，对钢的韧性和回火脆性有显著的有害作用，一般限制在很低的范围。八钢采用的是现代化的冶炼炼钢设备，有控制磷的先进手段，将磷规定为≤0.025％，符合我国高级优质钢(A类钢)要求。

(5)硫：是有害元素，影响钢的热加工性能，对钢的淬透性有副作用，一般限制在很低的范围。八钢采用的是现代化的冶炼炼钢设备，有控制硫的先进手段，将硫规定为≤0.020％，符合我国高级优质钢(A类钢)要求。

根据以上研究分析，将发明弹簧钢的牌号命名为55CrMnBA，其化学成分规定详见表2。

表2  55CrMnBA熔炼成分，％

注：钢中氮含量≤0.0070％。

1、55CrMnBA力学性能规定：

参考GB/T1222-2007中55CrMnA、60CrMnA、60CrMnBA的力学性能，规定55CrMnBA的力学性能应符合表3要求。

表3  力学性能要求

2、55CrMnBA弹簧扁钢的热轧态硬度：

热轧态为保证良好的剪切及机械加工性能，要求弹簧扁钢的热轧态硬度≤321HBW。钢材轧制时必须加盖保温罩缓冷；下冷床后应快速收集为截面400mm×500mm的钢垛，码放整齐，堆冷；严禁对成品喷水冷却，严禁交叉摆放。

3、55CrMnBA钢材低倍：

钢材的低倍组织应符合GB/T1222-2007要求。钢材横断面酸浸低倍组织试片上不应有目视可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点、晶间裂纹。酸浸低倍组织的级别应符合表4的规定。为保证钢材的低倍组织合格，要求连铸时的钢水过热度小于30℃，拉坯速度小于2.2m/min。

表4  低倍组织和合级别

4、非金属夹杂物：

非金属夹杂物按GB/T 10561标准中A法评定，并按最严重表示结果。合格级别符合GB/T1222-2007要求见表5。

表5  非金属夹杂物合格级别

夹杂物对弹簧钢的疲劳寿命有害，特别是长条状的夹杂物集中分布。为了减少夹杂物的含量，要求LF炉白渣精炼时间大于15min，精炼后的钢包底吹氩气时间大于8min，氩气流量为70～80L/min，氩气压力为30Mpa左右。采用喂硅钙线的方法，对钢中夹杂物进行变性处理，使钢中夹杂物呈现球状弥散分布，硅钙线的喂入量为250m/t钢水。

5、脱碳层：脱碳层应符合GB/T1222-2007相关规定。

6、表面质量：表面质量应符合GB/T1222-2007相关规定。

7、其他：其他未尽事项，按照GB/T 1222-2007弹簧钢55CrMnA标准检验。

8、发明的效果：55CrMnBA化学成分控制实绩：见表6。

表6  55CrMnB熔炼成份及内控成分，％

9、55CrMnBA钢材氧氮含量检验结果见表7。

表7  氧氮含量

炉号	O，％	N，％
			09-D70900	0.004	0.0067
09-D70899	0.0027	0.0068
			09-D17220	0.0038	0.0068
09-D17219	0.0042	0.0072

10、55CrMnBA弹簧钢力学性能实绩：

分别轧制了16×90、18×90、20×89、22×89、25×90(mm)五种规格的弹簧扁钢，力学性能实绩见表8。

表8  力学性能与热处理制度

力学性能实绩符合发明规定，同时力学性能也满足GB/T1222-2007中55CrMnA、60CrMnA、60CrMnBA、50CrVA的要求。

11、弹簧扁钢的热轧态硬度实绩：各种规格55CrMnBA弹簧扁钢的热轧态硬度检验见表9。

表9  55CrMnBA热轧态硬度

各种规格	热轧态硬度(BHW)
		标准要求	≤321
16×90	285～297
		18×90	300
20×89	298～300
		22×89	286
25×90	306～307
		Min	285
Max	307
		平均	296.5

钢材热轧态硬度符合发明要求。

12、非金属夹杂物控制实绩：

钢材的非金属夹杂物检验见表10。

表10  非金属夹杂物

试样号	规格	非金属夹杂物(级)
			09-D70900	16×90	A1，B1.5，C1，D1
09-D70899	18×90	A1.5，B1.5，C1，D1
			09-D17219	20×89	A1，B1.5，C1，D1
09-D17220	22×89	A1，B1e，C1，D1

夹杂物级别符合GB/T1222-2007标准要求，夹杂物变性处理效果显著，呈现球状、弥散分布。

13、钢材的脱碳层及低倍组织控制实绩：钢材的脱碳层及低倍检验结果见表11。

表11  钢材低倍及脱碳层检验结果

规格(mm)	脱碳层/％	一般疏松(级)	中心疏松(级)
				标准要求	≤1.8	≤2.5	≤2.5
20×89	1	1	1.5
				20×89	1	1	1.5
22×89	0.91	1	1.5
				22×89	0.95	1	1.5
25×90	1.1	1	1.5
				25×90	1	1	1.5
18×90	1	1	1.5
				18×90	1.1	1	1.5
16×90	1.1	1	1.5
				16×90	1	1	1.5

14、钢材的外观质量：

经检验，钢材的表面质量完全符合标准要求。

15、成本控制情况：

由于仅增加微量的硼，55CrMnBA弹簧钢的每吨钢水加入硼铁0.125kg，Cr、Mn含量略有增加，经成本计算，合金成本仅仅比50CrMnA(SUP9)提高8元/t左右，而淬透性大幅提高，因此具备很强的市场竞争力，目前已成功投入试生产阶段。

16、发明的适用范围和应用前景：

发明适用于国内弹簧扁钢与弹簧圆钢的生产，由于具有良好的力学性能，应用前景良好。

综上所述，采用本发明生产工艺生产大淬透厚度的55CrMnBA弹簧钢，可以在热轧状态下交货，硬度满足用户要求，不仅生产成本低廉，而且工艺简单易行，有助于提高产品竞争力。而60CrMnBA弹簧钢必须经过热轧和热处理工序后才能交货，工艺复杂，生产成本高。60CrMnBA弹簧钢虽然在国标中有此牌号，但市场上并没有该牌号的弹簧扁钢。本发明工艺凝聚了研发人员的大量心血，不断对产品中的各元素含量进行调整试验，最后试验取得成功，因此本发明工艺具有突出的实质性特点和显著的技术效果，值得大力推广。

具体实施方式

一种55CrMnBA弹簧钢生产工艺，该工艺依次包括下列工艺步骤：电炉或转炉冶炼、LF炉精炼、150×150方坯连铸、钢坯堆冷、650机组轧制、检验、入库。其中通过650机组轧制时必须加盖保温罩缓冷，下冷床后应快速收集为截面400mm×500mm的钢垛，码放整齐，堆冷；连铸时的钢水过热度为20℃，拉坯速度为2m/min；LF炉白渣精炼时间为25min，精炼后的钢包底吹氩气时间为18min，氩气流量为75L/min，氩气压力为28Mpa；采用喂硅钙线的方法，对钢中夹杂物进行变性处理，使钢中夹杂物呈现球状弥散分布，硅钙线的喂入量为250m/t钢水。

在150×150方坯连铸步骤中，对弹簧钢结晶器电磁搅拌工艺参数设定如下：开机第一炉：搅拌强度为380安培，频率为4赫兹，连浇炉的搅拌强度为350安培，频率为4赫兹；对弹簧钢末端电磁搅拌工艺参数设定如下：开机第一炉：搅拌强度为300安培，频率为10赫兹，连浇炉的搅拌强度为280安培，频率为10赫兹。

Claims (2)

1.一种55CrMnBA弹簧钢生产工艺，其特征在于该工艺依次包括下列工艺步骤：电炉或转炉冶炼、LF炉精炼、150×150方坯连铸、钢坯堆冷、650机组轧制、检验、入库；

其中通过650机组轧制时必须加盖保温罩缓冷，下冷床后应快速收集为截面400mm×500mm的钢垛，码放整齐，堆冷；

连铸时的钢水过热度小于30℃，拉坯速度小于2.2m/min；

LF炉白渣精炼时间大于15min，精炼后的钢包底吹氩气时间大于8min，氩气流量为70～80L/min，氩气压力为30Mpa左右；

采用喂硅钙线的方法，对钢中夹杂物进行变性处理，使钢中夹杂物呈现球状弥散分布，硅钙线的喂入量为250m/t钢水。

2.根据权利要求1所述的55CrMnBA弹簧钢生产工艺，其特征在于在150×150方坯连铸步骤中，对弹簧钢结晶器电磁搅拌工艺参数设定如下：开机第一炉：搅拌强度为380安培，频率为4赫兹，连浇炉的搅拌强度为350安培，频率为4赫兹；对弹簧钢末端电磁搅拌工艺参数设定如下：开机第一炉：搅拌强度为300安培，频率为10赫兹，连浇炉的搅拌强度为280安培，频率为10赫兹。