CN103045935B - 一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法，本发明通过原料准备→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气处理→连铸→探伤、修磨→加热→轧制→吐丝→斯太尔摩风冷→集卷→检验→入库等工艺环节后轧制成φ8mm-φ18mm的线材，经时效处理后抗拉强度(σ_b)为950MPa～1100MPa、断面收缩率(Z)为30％～50％，组织为索氏体加少量弥散分布的铁素体。与其它工艺相比，强度有所下降，面缩有所提高，且强度和面缩的变化范围变小，性能更加稳定，有利于拉拔和卷簧操作，降低了弹簧钢的生产成本，提高了其使用寿命。

Description

一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法

技术领域

本发明属于弹簧钢生产技术领域，具体说是一种控制弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的方法，特别涉及一种60Si2MnA弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法。

背景技术

60Si2MnA弹簧钢根据其应用，要求其具有良好的表面质量和高组织索氏体化率，生产过程中常见的问题就是脱碳和铁素体网，在表面及内部形成弹簧钢的薄弱环节，在外力作用下形成微裂纹，并迅速扩展断裂，宏观上表征为抗拉强度较低、韧性差。因此，脱碳和铁素体网控制成为60Si2MnA弹簧钢生产中的关键环节。专利号为CN200810149557.6，名称为弹簧钢及其制备方法的专利提出了弹簧钢制备方法，但它仅仅是从炼钢工艺角度进行了界定，同样，专利号为CN200910264814.5的专利也介绍了一种弹簧钢盘条的生产工艺，但它对工艺和成分的要求不严格。而牌号为60Si2MnA的硅锰弹簧钢呈现的突出问题就是表面脱碳和铁素体形态控制，专利号为CN201110151239.5和专利号为CN201010102577.5的专利提出一种脱碳的控制方法，但也仅从铸坯加热和热处理方面进行控制，没有考虑轧制和冷却控制，且没有考虑钢中铁素体形态控制问题。

上述未解决的问题由于无法实现表面脱碳控制和铁素体控制的统一，60Si2MnA弹簧钢生产成本提高，使用寿命降低。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够降低弹簧钢生产成本，提高其使用寿命的控制弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

1.一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2)原料准备

60Si2MnA弹簧钢盘条化学成分质量百分比为：C：0.57％～0.63％，Si：1.65～1.85％，Mn：0.75％～0.90％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，其余为Fe；

4)转炉冶炼

出钢时采用高拉碳操作，碳含量≥0.15％，P含量≤0.010％，如果铁水中P＞0.1％采用双渣；

5)LF炉外精炼；

4)VD真空脱气处理；

6)连铸

连铸过程中采取全程保护浇注，保证钢水洁净度，过热度控制在30℃，弱冷，拉速为1.8～2.5m/min；

6)探伤、修磨

铸坯经探伤、修磨后堆冷48h以上；

7)加热

采用步进式双蓄热二段或三段式加热炉加热，预热段：800-850℃，开始慢速升温，防止因内应力产生裂纹；加热段：1065-1080℃，均热段：1040℃，总加热时间控制在80min之间；

8)轧制

线材轧制工序工艺控制：

A.开轧温度960℃；

B.精轧温度控制：935℃～950℃，轧速控制在54～60(m/s)；

9)轧后吐丝温度控制到800℃～840℃；

10)斯太尔摩风冷

采用Stelmer线延迟型冷却控制方式，当经过Ar3温度以前，风机开度100％，辊道速度0.45m/s～0.7m/s，随后采用适当的冷速，冷速控制0.5～6℃/s，使得线材最终组织由心部至表面为均匀、细片状的珠光体和少量的铁素体组织。

11)集卷；

12)检验；

13)入库；

上述步骤完成之后，将产品进行时效处理，时效处理后抗拉强度为950MPa～1100MPa、断面收缩率为30％～50％，微观组织为索氏体加少量弥散分布的铁素体。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过原料准备→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气处理→连铸→探伤、修磨→加热→轧制→吐丝→斯太尔摩风冷→集卷→检验→入库等工艺环节后轧制成φ8mm-φ18mm的线材，经时效处理后抗拉强度(σ_b)为950MPa～1100MPa、断面收缩率(Z)为30％～50％，组织为索氏体加少量弥散分布的铁素体。与其它工艺相比，强度有所下降，面缩有所提高，且强度和面缩的变化范围变小，性能更加稳定，有利于拉拔和卷簧操作，降低了弹簧钢的生产成本，提高了其使用寿命。

附图说明

图1是本发明脱碳情况金相图；

图2是本发明铁素体网消除情况金相图；

图3是实施例一铁素体分布状态金相图；

图4是实施例二铁素体分布状态金相图；

图5是实施例二铁素体分布状态金相图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法，具体按以下步骤进行：

1)原料准备

60Si2MnA弹簧钢盘条化学成分质量百分比为：C：0.57％～0.63％，Si：1.65～1.85％，Mn：0.75％～0.90％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，其余为Fe；与其它工艺相比，成分控制范围变小，工艺操作水平提高，成品性能波动减小，P、S危害减小。

2)转炉冶炼

出钢时采用高拉碳操作，要求碳含量≥0.15％，减少后道工序增碳剂添加以及带入的有害杂质，要求P含量≤0.010％，如果铁水中P＞0.1％采用双渣；

3)LF炉外精炼

4)VD真空脱气处理

Al₂O₃夹杂对弹簧钢疲劳寿命的有害影响，过程中不采用铝脱氧剂，同时合金化时采用低铝硅铁(硅铁中铝含量≤0.5％)，减少钢中Al₂O₃夹杂物含量。

5)连铸连铸过程中采取全程保护浇注，保证钢水洁净度，过热度(比液相线高出的温度范围)控制在30±5℃，弱冷，拉速为1.8～2.5m/min，减少了中心偏析和中心缩孔等内部缺陷，提高了铸坯质量。

6)探伤、修磨

铸坯经探伤、修磨后堆冷48h以上；

7)加热采用步进式双蓄热二段或三段式加热炉加热，预热段：800-900℃，开始慢速升温，防止因内应力产生裂纹；加热段：1020-1080℃，均热段：1040-1100℃，结合该钢种容易脱碳的特点，在晶型转变后快速升温，缩短在高温区停留时间。这样可以避免奥氏体晶粒过分粗大，为后续铁素体相变提供更大阻力，避免成网，减少脱碳，总加热时间控制在80-120min之间；

8)轧制

线材轧制工序工艺控制：

A.开轧温度960℃～1000℃；

B.精轧温度控制：900℃～950℃，轧速控制在20～60(m/s)；

轧制过程中主要结合各道次孔型和压下量，在充分考虑轧制温度的同时，通过降低轧速来保证充分再结晶和精轧温度控制，使奥氏体晶粒均匀细小，而且铸坯在本加热条件下，采用常规轧制，就能够满足拉拔性能和卷簧的要求。

9)轧后吐丝温度控制到800℃～840℃；降低吐丝温度，能够防止奥氏体晶粒长大，减少相变过程中的脱碳和二次氧化，并抑制铁素体析出；

10)斯太尔摩风冷采用Stelmer线延迟型冷却控制方式，当经过Ar3温度以前，为抑制铁素体析出在风冷段要采用大的风冷量和高的运输速度，风机开度100％，辊道速度0.45m/s～0.7m/s，由此降低Ar3点以得到细片状珠光体，同时避免铁素体成网。随后采用适当的冷速，冷速控制0.5～6℃/s，使得线材最终组织由心部至表面为均匀、细片状的珠光体和少量的铁素体组织。

11)集卷

12)检验

13)入库。

通过本发明，由图1所示，脱碳层厚度由160μm减小到70μm左右；由图2所示，铁素体网有效消除，呈弥散分布。

上述弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法中，优选了三个实施例，其中每个实施例中的关键步骤如下：

实施例一：60Si2MnA，规格：φ13mm

1)原料准备

熔炼成分为C＝0.6％，Si＝1.693％，Mn＝0.783％，P＝0.018％，S＝0.003％；N＝21ppm，O＝14ppm，H＝1.2ppm；

5)连铸

中心偏析：0.5级，中心疏松：0.5级；

6)探伤、修磨

铸坯下线堆垛缓冷时间：48小时。

7)加热

A.加热温度：预热，820-860℃；加热，1020-1055℃，加热时间：140min；均热,1075-1090℃；

8)轧制

线材轧制工序工艺控制：

A.开轧温度960℃～1000℃；

B.精轧温度：915-935℃；轧速30m/s；

9)轧后水冷控制到800℃～840℃吐丝，降低吐丝温度，防止奥氏体晶粒长大，减少相变过程中的脱碳和二次氧化，并抑制铁素体析出；吐丝温度：810-836℃；

10)斯太尔摩风冷

辊道速度37m/min；风机1#50％，2-3#100％，4#50％。

本实施例中所取4个成品试样脱碳层厚度分别为：90μm，80μm，105μm，80μm。

本实施例试样金相组织中铁素体形态如图3所示：

本实施例成品力学性能表：

编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											Rm/Mpa	1020	1000	1020	995	990	1025	1032	1017	1028	998
Z/％	39	43	42	48	45	38	32	45	35	47

通过本实施例可以看出，综合力学良好，强度值波动小，工艺稳定。

实施例二：60Si2MnA，规格：φ10mm

1)原料准备

熔炼成分为熔炼成分：C＝0.604％，Si＝1.742％，Mn＝0.794％，P＝0.015％，S＝0.002％；N＝38ppm，O＝11ppm，H＝2.2ppm；

5)连铸

中心偏析：0.5级，中心疏松：0.5级。

6)探伤、修磨

铸坯下线堆垛缓冷时间：48小时；

7)加热

加热温度：预热，850-880℃；加热，1040-1065℃，加热时间：150min；均热,1055-1085℃；

8)轧制

线材轧制工序工艺控制：

A.开轧温度960℃～1000℃；

B.精轧温度：910-935℃；轧速54m/s；

9)轧后水冷控制到800℃～840℃吐丝，降低吐丝温度，防止奥氏体晶粒长大，减少相变过程中的脱碳和二次氧化，并抑制铁素体析出；吐丝温度：805-830℃；

10)斯太尔摩风冷

辊道速度42m/min；风机1#50％，2-3#100％，4#50％。

本实施例中所取5个成品试样的脱碳层厚度：90μm，75μm，65μm，70μm，90μm。

本实施例中试样金相组织中铁素体形态图4所示：

本实施例成品力学性能表：

编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										Rm/Mpa	1008	1057	1044	1038	1067	1082	1082	1046	1069
Z/％	44	50	48	45	49	47	46	45	53

通过本实施例可以看出，综合力学良好，强度值波动小，工艺稳定。

实施例三：60Si2MnA，规格：φ15mm

1)原料准备

熔炼成分为：C＝0.602％，Si＝1.703％，Mn＝0.776％，P＝0.010％，S＝0.004％；N＝34ppm，O＝19ppm，H＝2.1ppm；

5)连铸

中心偏析：0.5级，中心疏松：0.5级；

6)探伤、修磨

铸坯下线堆垛缓冷时间：48小时；

7)加热

线材轧制工序工艺控制：

A.加热温度：预热，870-895℃；加热，1035-1075℃，加热时间：145min；均热，1068-1095℃；

8)轧制

线材轧制工序工艺控制：

A.开轧温度960℃～1000℃；

B.精轧温度：921-936℃；轧速21m/s；

9)轧后水冷控制到800℃～840℃吐丝，降低吐丝温度，防止奥氏体晶粒长大，减少相变过程中的脱碳和二次氧化，并抑制铁素体析出；吐丝温度：810-823℃；

10)斯太尔摩风冷

辊道速度30m/min；风机1#50％，2-3#100％，4#50％。

本实用新型所取5个成品试样的脱碳层厚度：100μm，95μm，85μm，70μm，105μm。

本实施例试样金相组织中铁素体形态如图5所示：

本实施例成品力学性能表：

编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											Rm/Mpa	999	982	1014	999	1021	971	986	981	982	979
Z/％	40	40	44	40	46	38	39	39	41	39

通过本实施例可以看出，综合力学良好，强度值波动小，工艺稳定。

本发明现将炉温控制在1100℃以内就能满足正常轧制生产要求，使得在该炉内气氛条件下既避免脱碳又尽可能消除了铸坯缺陷，降低了加热炉能耗，提高了加热效率，降低了生产成本。

本发明通过风机和辊道的合理匹配，实现了对铁素体网和珠光体组织的有效控制，充分发挥了斯太尔摩风冷线的优势。

综上，本发明通过原料准备→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气处理→连铸→探伤、修磨→加热→轧制→吐丝→斯太尔摩风冷→集卷→检验→入库等工艺环节后轧制成φ8-18mm的线材，经时效后抗拉强度(σ_b)950MPa～1100MPa、断面收缩率(Z)30％～50％，组织为索氏体加少量弥散分布的铁素体。与其它工艺相比，强度有所下降，面缩有所提高，且强度和面缩的变化范围变小，性能更加稳定，有利于拉拔和卷簧操作，降低了弹簧钢的生产成本，提高了其使用寿命。

Claims (1)

1.一种弹簧钢盘条表面脱碳和铁素体分布的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)原料准备

60Si2MnA弹簧钢盘条化学成分质量百分比为：C：0.57％～0.63％，Si：1.65～1.85％，Mn：0.75％～0.90％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，其余为Fe；

2)转炉冶炼

出钢时采用高拉碳操作，碳含量≥0.15％，P含量≤0.010％，如果铁水中P＞0.1％采用双渣；

3)LF炉外精炼；

4)VD真空脱气处理；

5)连铸

连铸过程中采取全程保护浇注，保证钢水洁净度，过热度控制在30℃，弱冷，拉速为1.8～2.5m/min；

6)探伤、修磨

铸坯经探伤、修磨后堆冷48h以上；

7)加热

采用步进式双蓄热二段或三段式加热炉加热，预热段：800-850℃，开始慢速升温，防止因内应力产生裂纹；加热段：1065-1080℃，均热段：1040℃，总加热时间控制在80min之间；

8)轧制

线材轧制工序工艺控制：

A.开轧温度960℃；

B.精轧温度控制：935℃～950℃，轧速控制在54～60(m/s)；

9)轧后吐丝温度控制到800℃～840℃；

10)斯太尔摩风冷

采用Stelmer线延迟型冷却控制方式，当经过Ar3温度以前，风机开度100％，辊道速度0.45m/s～0.7m/s，随后采用适当的冷速，冷速控制0.5～6℃/s，使得线材最终组织由心部至表面为均匀、细片状的珠光体和少量的铁素体组织。

11)集卷；

12)检验；

13)入库；

上述步骤完成之后，将产品进行时效处理，时效处理后抗拉强度为950MPa～1100MPa、断面收缩率为30％～50％，微观组织为索氏体加少量弥散分布的铁素体。