CN106555115A - 一种黑皮弹簧扁钢轧制工艺方法 - Google Patents

一种黑皮弹簧扁钢轧制工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种黑皮弹簧扁钢生产工艺方法，属于黑色金属压延领域。用该方法轧制后的弹簧钢表面形成一层致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，能较好地保护弹簧钢在出厂后的运输存储过程中不易锈蚀。热轧的工艺如下：开轧温度/℃1000～1050，终轧温度/℃950～1000，上冷床温度/℃850‑900，大剪温度/℃250～400，包装温度/℃50～150，上冷床后到530～570℃左右的温度区间采用快冷方式(≤60℃/min)冷却，之后采取慢冷的方式(≤30℃/min)冷却到包装温度，进行包装。热轧后的弹簧钢表面形成致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，具有较好的耐蚀性，能有效保护弹簧钢避免在转运存储过程的环境腐蚀。

Description

一种黑皮弹簧扁钢轧制工艺方法
技术领域
本发明涉及一种黑皮弹簧扁钢轧制工艺方法，属于黑色金属压延领域。
背景技术
弹簧钢主要牌号有50CrVA、51CrV4、60Si2Mn等，可用来制作工作应力高、疲劳性能要求严格的弹簧，比如汽车板簧、阀门弹簧等。在弹簧钢轧制后交付使用过程中，绝大部分是没有外包装的，由于环境腐蚀，在存储转运过程中会使钢板表面发生锈蚀，引起用户的质量异议。
弹簧钢热轧后，典型的表面氧化铁皮一般由三层铁的氧化物组成：最外侧薄层是密排六方晶体结构的Fe2O3，红色，易脱落；中间较厚层是具磁性的黑色晶体Fe3O4，是由Fe2+、Fe3+、O2-通过离子键组成的复杂离子晶体，较致密，难腐蚀；最内层是氯化钠型离子晶体Fe1-yO，孔隙率较大，易腐蚀。
现有技术中，申请号为CN201310336876.9的中国专利提出一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法，化学组成成分(wt/％)：C 0.04～0.07％、Si≤0.15％、Mn 1.10～1.30％、P≤0.025％、S≤0.01％、Nb 0.020～0.030％、Ti 0.015～0.025％、Al 0.015～0.025％、其余为铁及其它不可避免的杂质。均热工序温度为1095～1115℃，终轧温度850～870℃，卷取温度在550～570℃，成品厚度规格在8.0～10.0mm，氧化铁皮中的Fe3O4的比例在80％以上。但在该专利中并没有明确在轧制各个阶段的冷却方式。
申请号为CN201510096873.1的中国专利提出一种耐候弹簧扁钢，化学组成成分(wt/％)：C 0.54～0.62％、Si 0.30～0.40％、Mn 0.85～0.95％、Cr 0.85～0.95％、B0.001～0.004％、P≤0.025％、S≤0.020％、Ni≤0.25％、Cu≤0.25％、N≤0.0070％、其余为铁及其它不可避免的杂质。热处理工艺：淬火温度/℃830～860，淬火介质：油，回火温度/℃470～530。该发明是从提高弹簧扁钢基体的耐大气腐蚀出发，硼元素是作为该钢种获得耐候性能的主要元素。有研究表明，当钢中硼元素超过一定量时会对钢的性能产生不利影响。而本发明不需添加B、Ni等合金元素，简化生产工艺，降低生产成本，是通过新的轧制工艺，在热轧后的弹簧扁钢形成一层致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，能较好地保护弹簧钢在出厂后的运输存储过程中不易锈蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑皮弹簧扁钢轧制工艺，提出了一种新的弹簧钢轧制工艺，用该方法轧制后的弹簧钢表面形成一层致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，能较好地保护弹簧钢在出厂后的运输存储过程中不易锈蚀。
本发明的目的是这样实现的，其特征在于：
化学成分(wt/％)：C 0.46～0.54％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.60～0.80％、Cr0.90～1.10％、V 0.10～0.20％、P≤0.025％、S≤0.025％、N≤0.008％，其余为铁及其它不可避免的杂质。
轧制工艺如下：开轧温度/℃1000～1050，终轧温度/℃950～1000，上冷床温度/℃850-900，大剪温度/℃250～400，包装温度/℃50～150，上冷床后到530～570℃的温度区间采用快冷方式(≤60℃/min)冷却，530℃之后采用慢冷方式(≤30℃/min)冷却到包装温度，进行包装。热轧后的弹簧钢表面形成致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，具有较好的耐蚀性，能有效保护弹簧钢避免在转运存储过程的环境腐蚀。
根据上述目的和整体的技术方案，具体的技术方案如下：
1、轧制工艺
1.1开轧温度控制
随着开轧温度的提高，氧化铁皮的总厚度变大。而且，Fe3O4的比例降低，FeO层的比例升高。有研究表明，开轧温度越高，FeO越不容易发生先共析转变，FeO的含量也较高。随着温度的升高，氧化层生长速率提高，内应力也随之增大，而这会促进氧化层内部裂纹的增殖和扩展，增加氧化皮表面缺陷。综合以上因素，开轧温度控制在1000～1050℃。
1.2终轧温度控制
终轧阶段，温度越高，原始层中Fe3O4比例不断减少。但对整个氧化铁皮的总厚度影响不大。为保证氧化铁皮中较高比例的原始Fe3O4层，综合考虑，终轧温度控制在950～1000℃。
1.3冷却条件控制
由Fe-O二元相图可知，纯铁在570℃左右发生共析转变，发生共析反应：4Fe1-yO→Fe3O4+(1-4y)Fe。在570℃以上，Fe1-yO处于稳定状态；在570℃以下的温度区间，Fe1-yO热力学不稳定，发生共析反应，Fe1-yO转变为Fe3O4和Fe。当温度高于570℃，在FeO/Fe3O4界面处会发生先共析反应生成Fe3O4。低于570℃，在FeO层内部发生先共析反应，在一定范围内会随温度的降低，析出Fe3O4粒子越多越细小，内层FeO转变比例更高。除了发生先共析反应外，在低于570℃下，靠近Fe3O4层一侧的FeO还会发生共析反应，生成Fe3O4+Fe共析组织。由于钢中其它元素的影响，当温度降到570℃左右时，并不会发生共析反应，而是在更低的温度才有共析反应发生。综合考虑，终轧后上冷床到550℃左右的温度区间阶段采用较高的冷却速率，控制在60℃/min左右；在共析反应温度区间，Fe1-yO热力学不稳定，发生共析反应，为了保证共析反应的充分进行，之后的阶段采用较低的冷却速率，控制在30℃/min以内。
本发明与现有的弹簧钢技术相比，具有以下特点：
本发明的轧制工艺简单易行且有效。热轧后的弹簧钢表面形成一层致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，从而有效避免弹簧钢在转运存储过程的环境腐蚀，提高产品表面质量。
本发明的技术效果
采用本发明轧制工艺形成的表面氧化皮(图1-a、1-b、1-c)和原轧制工艺(图1-d)相比，氧化层中Fe3O4的比例更高且Fe3O4层更连续(左边亮白色部分是钢基体，右边较暗部分是镶料，中间是氧化层)。电化学测试结果表明，实施例的自腐蚀电流远低于对比例，轧制工艺改进后的氧化皮耐蚀性更优。
附图说明
图1是实施例1(1-a)、实施例2(1-b)、实施例3(1-c)与对比例(1-d)弹簧扁钢表面氧化皮截面形貌
图2是采用本发明轧制工艺和原轧制工艺弹簧扁钢表面氧化皮电化学测试结果对比图
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的黑皮弹簧扁钢轧制工艺进行说明：
表1实施例化学成分(％)
实施例1轧制工艺：
开轧温度/℃1000，终轧温度/℃950，上冷床温度/℃900，大剪温度/℃300，包装温度/℃100，上冷床后到550℃左右的温度区间以60℃/min冷却，之后以30℃/min冷却到包装温度，进行包装。
实施例2轧制工艺：
开轧温度/℃1020，终轧温度/℃970，上冷床温度/℃880，大剪温度/℃320，包装温度/℃100，上冷床后到550℃左右的温度区间以50℃/min冷却，之后以20℃/min冷却到包装温度，进行包装。
实施例3轧制工艺：
开轧温度/℃1050，终轧温度/℃1000，上冷床温度/℃900，大剪温度/℃350，包装温度/℃120，上冷床后到550℃左右的温度区间以50℃/min冷却，之后以15℃/min冷却到包装温度，进行包装。
表1实施例与对比例表面氧化皮电化学测试结果
轧制工艺 腐蚀电位/V 自腐蚀电流/(A/cm2)
实施例1 -0.5561 1.8632×10-6
实施例2 -0.5384 9.0742×10-7
实施例3 -0.5285 2.1263×10-6
对比例 -0.4140 8.2396×10-6

Claims (2)

1.一种黑皮弹簧扁钢生产工艺方法，其特征在于化学组成成分(wt/％)：C0.54～0.62％、Si 0.30～0.40％、Mn 0.85～0.95％、Cr 0.85～0.95％、B 0.001～0.004％、P≤0.025％、S≤0.020％、Ni≤0.25％、Cu≤0.25％、N≤0.0070％、其余为铁及其它不可避免的杂质；具体轧制工艺为：开轧温度/℃1000～1050，终轧温度/℃950～1000，上冷床温度/℃850-900，大剪温度/℃250～400，包装温度/℃50～150。
2.如权利要求1所述一种黑皮弹簧扁钢生产工艺方法，其特征在于上冷床后到530～570℃的温度区间采用≤60℃/min的快冷方式冷却，530℃之后采用≤30℃/min的慢冷方式冷却到包装温度，进行包装，热轧后的弹簧钢表面形成致密连续的高四氧化三铁比例的氧化铁皮，具有较好的耐蚀性，能有效保护弹簧钢避免在转运存储过程的环境腐蚀。
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