CN103510020A

CN103510020A - 一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法

Info

Publication number: CN103510020A
Application number: CN201210204273.9A
Authority: CN
Inventors: 郭大勇; 任玉辉; 王长顺; 王秉喜; 高航
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN103510020B

Abstract

本发明提供了一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，盘条化学成分的重量百分比为：[C]：0.40%～0.80%，[Si]：0.80%～2.0%，[Mn]：0.30%～1.0%，[Cr]：0.3%～1.0%，[P]≤0.015%，[S]≤0.010%，[Ti]≤0.0015%，全铝：0.008%～0.0020%，全氧：0.0010%～0.0025%，不可避免的杂质不高于0.1%，其余为铁。转炉冶炼采用高碳出钢，终点碳含量不低于0.3%，炉后采用硅锰脱氧；精炼过程温度1540-1650℃，时间40-80分钟，终点钢液氧活度 (20-40)×10^-6，钢液酸溶铝含量0.0010%-0.0020%，钛含量不大于0.0015%；采用大方坯连铸，拉速0.4m/min-0.7m/min，中间包钢水过热度不大于25℃，通过低过热度浇注；盘条直径10mm-16mm，吐丝温度860-910℃，盘条索氏体转变过程温度650-700℃，相变时间20-50秒。本发明盘条抗拉强度为1000MPa-1200MPa，面缩指标不低于45%，夹杂物宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3。

Description

一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法

技术领域

本发明涉及一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，属于弹簧钢产品类。

背景技术

随着汽车等装备制造业的迅猛发展，对其关键部件弹簧的要求越来越高。这就对用于弹簧生产的盘条质量提出了较高要求。夹杂物的尺寸和数量是衡量弹簧钢盘条的一个重要指标，弹簧钢成分设计和精炼过程的工艺对最终盘条中的夹杂物尺寸和数量有重要影响。

一种弹簧钢盘条的生产工艺（CN200910264814.5）提供了一种弹簧钢盘条的生产工艺，包括以下工序：原料准备、EAF偏心底出钢电弧炉冶炼、LF炉外精炼、VD真空脱气处理、CCM连铸、连铸坯抛丸、探伤、修磨、加热和高速线材轧机轧制成盘条。本发明工艺简单、能耗低、设备投资省、生产效率高，与现有的国内铁路弹条所用弹簧钢钢相比，本发明的弹簧钢盘条碳含量低，塑韧性好，以盘条交货，尺寸精度高、成材率高，实物质量好，且可冷加工成盘条，制造成本低。

一种55Si2MnVNbN弹簧钢及其生产工艺（CN200910263019.4）提供了一种弹簧钢及其生产工艺，弹簧钢按重量百分比包括以下成份：C：0.52%～0.60%，Si：1.60～1.90%，Mn：0.60%～0.80%，Cr：0.15%～0.35%，V：0.06%～0.12%，Nb：0.015%～0.025%，N：0.80%～1.50%，P≤0.0035%，S≤0.0035%，余量是Fe和不可避免的杂质。工艺包括电炉冶炼、LF精炼、VD炉真空脱气、连铸和轧制。本发明的弹簧钢可适应弹簧的各种苛刻工作环境、高强度、高寿命的要求，除高的抗拉强度外，还具有优良的抗延迟断裂、耐腐蚀性能、疲劳性能和抗弹减性能。

一种高强度弹簧钢及其制造方法(steel for high strength spring, and high strength spring and method for manufacture thereof 专利号为JP04772233 )提供了一种弹簧钢及弹簧的制备工艺。其化学成分如下 C: 0.36 to 0.48 %, Si: 1.80to 2.80 %, Mn: 0.20 to 1.40 %, P: 0.015 % or less, S: 0.010 % or less, Cu: 0.10 to 0.50 %, Ni: 0.10 to 2.00 %, Cr: 0.05 to 1.20 %, s-Al: 0.005 to0.040 %, N: 0.002 to 0.012 %, O: 0.002 % or less, 其余为Fe。

题为“弹簧钢氧化物夹杂成分和形态控制理论与实践”的论文，通过理论分析得出了为提高氧化物夹杂的变形性，需将钢中酸溶铝含量控制不高于0.0020%。

普通弹簧钢盘条一般采用强脱氧方式脱氧，尽量降低盘条的全氧含量，进而减少氧化物夹杂尺寸和数量。但是采用这种方法脱氧后，在盘条上存在直径30um以上的氧化物夹杂，且这种氧化物夹杂不具有变形性，在变形过程中易于与基体交界处形成裂纹，导致过早失效。题为“弹簧钢氧化物夹杂成分和形态控制理论与实践”的论文提供了夹杂物成分控制方法，使夹杂物具有变形性，但是在盘条上也存在直径在20um以上氧化物夹杂，不满足高级别高疲劳寿命弹簧钢盘条的质量要求。并且，该论文仅提出了将钢中酸溶铝含量控制到不高于0.0020%的方法。实际上，钢中氧化物夹杂控制，不仅与精炼工艺有关，而且与钢种成分、连铸工艺有关。钢中的硅和全氧含量需要控制在一定的范围，否则会在钢中形成粗大夹杂物。同时，夹杂物在连铸过程也存在长大的倾向，也需要进行严格控制，进一步减小夹杂物的尺寸和数量。

发明内容

本发明的目的是提供一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，使生产的盘条具有细小夹杂，其宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3，满足用户的使用要求。

弹簧钢盘条及其夹杂物成分控制，需从钢种成分设计、转炉冶炼、精炼、连铸等方面系统设计，满足用户的使用要求。为了开发高品质弹簧钢盘条，本发明专利通过盘条成分设计及夹杂物控制方法设计，开发了一种具有细小夹杂物的弹簧钢盘条，满足用户的使用要求。本发明技术方案的特点为，通过适当控制盘条的化学成分，结合转炉、精炼、连铸以及轧制工艺控制，既满足钢种对强度、抗弹减性、淬透性的要求，又满足弹簧钢盘条对夹杂物尺寸和变形性的要求。技术方案的具体内容如下：

弹簧钢盘条化学成分为：[C]：0.40%～0.80%，[Si]：0.80%～2.0%，[Mn]：0.30%～1.0%，[Cr]：0.3%～1.0%，[P]≤0.015%，[S]≤0.010%，[Ti]≤0.0015%，全铝：0.008%～0.0020%，全氧：0.0010%～0.0025%，不可避免的杂质不高于0.1%，其余为铁。这些成分的范围设定理由如下所述。

碳是钢中的主要强化元素，溶解在钢中形成固溶体，起固溶强化作用，它与碳化物形成元素结合形成碳化物析出时，起沉淀强化作用。弹簧钢要求较高的强度和疲劳极限，一般在淬火+中温回火的状态下使用。为保证强度，弹簧钢中必须含有足够的碳。碳也是影响抗弹减性的主要元素。但随钢中碳含量的上升，钢的塑性、韧性会下降。因此，钢中碳含量控制在0.40%-0.80%。

硅具有固溶强化作用，不形成碳化物，基本上以固溶态存在于钢中。钢中加硅的主要目的是提高钢的强度、弹性和回火稳定性。研究表明硅能够显著提高抗弹减性。硅所以能有效提高抗弹减性，是因为它具有强烈的固溶强化能力，而且能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大，改变渗碳体的形状和间距。随硅含量提高，碳化物数量几乎直线上升，而颗粒度和间距则相应减小。硅含量过高，钢的组织产生石墨化和脱碳程度增加，钢坯高温加热易使奥氏体晶粒长大，淬火组织也较粗大，对塑性、韧性不利。同时，硅是钢中的一种脱氧元素，低的硅含量导致钢液脱氧不足；但是，过高的硅含量导致钢中残余氧化物夹杂粗大，对钢的应用性能不利。因此，钢中硅含量控制在0.8%-2.0%。

锰是提高淬透性的有效合金元素，它溶入铁素体中有固溶强化作用。锰是一种有利于消除硫的有害作用，又有利于脱氧的元素，但其含量小时作用很小，当含量过高时由于淬透性增强，热轧后钢的组织很可能转变为贝氏体或马氏体，使钢的韧性变坏，以致使钢丝不易生产且稳定性变差。因此钢中锰含量控制在0.3%～1.0%。

铬能显著提高钢的淬透性，与锰共用效果更好。铬可降低钢中碳的活度，又是碳化物形成元素，提高钢中碳扩散的激活能，减轻钢的脱碳倾向。但是铬降低钢的抗弹减性，对于弹簧的服役性能不利，因此钢中铬含量控制在0.3%～1.0%。

磷硫都是钢中有害杂质元素，为保证盘条具有良好的性能，要求盘条[P]≤0.015%，[S]≤0.010%，在不造成其他影响的情况下，越低越好。

钛在高碳钢中易于与氮形成钛夹杂。由于钛夹杂是一种不变形夹杂，在盘条拉拔过程与基体不同步变形，甚至使盘条基体组织出现裂纹，恶化盘条的拉拔性能，并将低弹簧的疲劳寿命，因此其含量要求[Ti]≤0.0015%。

铝在钢中一般用于去除氧，降低产品的全氧含量；适量的铝也可用于控制夹杂的成分。过高含量的铝使氧化物夹杂的Al2O3含量高，夹杂物的变形性能差；过低含量的铝，也使氧化物夹杂的熔点高，恶化变形性能。因此钢中铝含量要求在0.008%-0.0020%。

盘条中的全氧含量过高降低成品弹簧的疲劳寿命，过低的全氧含量，使夹杂物处于高熔点区，对于控制盘条的夹杂物变形性不利，因此将盘条的全氧含量控制在0.0010%-0.0025%。

本发明中的弹簧钢盘条基本成分如上所述，其余部分为铁及不可避免的杂质。

一种用于上述弹簧钢盘条夹杂物控制方法， 1) 转炉冶炼：转炉冶炼采用高碳出钢，转炉终点碳含量不低于0.3%，转炉炉后采用硅锰脱氧；2) LF精炼：精炼过程温度1540-1650℃，时间40-80分钟；精炼终点钢液氧活度控制在(20-40)×10^-6之间，钢液酸溶铝含量控制在0.0010%-0.0020%之间，同时要求钢液的钛含量不大于0.0015%，降低钢中氮钛浓度积；3) 连铸：采用大方坯连铸，拉速在0.4m/min-0.7m/min之间，中间包钢水过热度不大于25℃，通过低过热度浇注；4)连轧和线材轧制：盘条直径10mm-16mm，吐丝温度860-910℃，盘条索氏体转变过程温度控制在650-700℃，相变时间控制在20-50秒。

按照本发明中涉及的成分和生产方法生产的弹簧钢盘条，其抗拉强度为1000MPa-1200MPa，面缩指标不低于45%，夹杂物宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3，满足了用户的需求。

附图说明

图1为实施例1氧化物夹杂的照片；

图2为实施例2氧化物夹杂的照片；

图3为实施例3氧化物夹杂的照片。

具体实施方式

本发明中涉及的弹簧钢盘条及其夹杂物控制工艺如下：1) 转炉冶炼：转炉冶炼采用高碳出钢，减少炉后增碳量，降低由于炉后增碳导致的钢液增氮；同时减轻钢液的氧化程度，为控制钢的全氧含量创造条件。转炉终点碳含量不低于0.3%。转炉炉后采用硅锰脱氧，避免使用Al、Ti等强脱氧剂。2) LF精炼：精炼过程温度1540-1650℃，时间40-80分钟；精炼终点钢液氧活度控制在(20-40)×10^-6之间，钢液酸溶铝含量控制在0.0010%-0.0020%之间，为控制钢中氧化物夹杂成分处于低熔点区，提高氧化物夹杂的变形能力创造条件。同时要求钢液的钛含量不大于0.0015%，降低钢中氮钛浓度积；3) 连铸：采用大方坯连铸，钢坯断面尺寸280mm*380mm，拉速在0.4m/min-0.7m/min之间，中间包钢水过热度不大于25℃。通过低过热度浇注，减轻钢坯偏析，减少钢中氧化物夹杂、钛夹杂的长大时间，降低夹杂物的尺寸。4)连轧和线材轧制：盘条直径10mm-16mm，吐丝温度860-910℃，盘条索氏体转变过程温度控制在650-700℃，相变时间控制在20-50秒。

下面介绍本发明的几个实例，为比较本发明的效果还给出了对比实例。

Claims

1.一种弹簧钢盘条，其特征在于盘条化学成分的重量百分比为：[C]：0.40%～0.80%，[Si]：0.80%～2.0%，[Mn]：0.30%～1.0%，[Cr]：0.3%～1.0%，[P]≤0.015%，[S]≤0.010%，[Ti]≤0.0015%，全铝：0.008%～0.0020%，全氧：0.0010%～0.0025%，不可避免的杂质不高于0.1%，其余为铁。

2.一种用于权利要求1所述的弹簧钢盘条夹杂物控制方法，其特征在于：1) 转炉冶炼：转炉冶炼采用高碳出钢，转炉终点碳含量不低于0.3%，转炉炉后采用硅锰脱氧；2) LF精炼：精炼过程温度1540-1650℃，时间40-80分钟；精炼终点钢液氧活度控制在(20-40)×10^-6之间，钢液酸溶铝含量控制在0.0010%-0.0020%之间，同时要求钢液的钛含量不大于0.0015%，降低钢中氮钛浓度积；3) 连铸：采用大方坯连铸，拉速在0.4m/min-0.7m/min之间，中间包钢水过热度不大于25℃，通过低过热度浇注；4)连轧和线材轧制：盘条直径10mm-16mm，吐丝温度860-910℃，盘条索氏体转变过程温度控制在650-700℃，相变时间控制在20-50秒。