CN106702119B - 一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法，属于弹簧钢生产技术领域。通过准备60Si2MnA的连铸坯，再控制坯料预热段600‑800℃，加热炉一段炉温850‑950℃，二段炉温950‑1000℃，均热段炉温1000‑1100℃，最后控制钢坯出炉后除鳞水压力18Mpa‑30MPa，精轧机入口温度控制在830℃‑860℃。优点在于，弹簧钢棒材表面不产生全脱碳层。

Description

一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法
技术领域
本发明属于弹簧钢生产技术领域，特别涉及一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法，尤其涉及一种表面无全脱碳的60Si2MnA弹簧钢棒材生产方法。
背景技术
弹簧是十分重要的机械零件，在国防、工业、农业、科技以及日常生活中，都得到了广泛的使用。弹簧在使用过程中承受往复压缩运动，起着缓冲和减震作用，因此对弹簧钢的疲劳性能要求特别高。弹簧钢表面脱碳将严重损害弹簧的疲劳性能。文献表明，疲劳强度随着表面碳含量的降低而降低(M.J.Gildersleeve，Materials Science and Technology，1991，7(4):307-310)。由于弹簧钢表面全脱碳层在淬火过程中不能淬成马氏体，极大降低了表面的硬度，从而大幅降低其疲劳性能。日本标准JIS G4801-2005和JIS G0558-1998对油淬火阀门弹簧钢丝明确规定钢丝表面不允许有全脱碳层。
中国专利CN102453794A公开了一种用于防止弹簧钢在高温加热过程中脱碳的涂层材料。涂层在500℃以下钢坯上直接喷涂，粘阳性能良好，高温段在钢坯表面形成致密的微晶玻璃层，有效阻碍碳氧互扩散，同时涂料中成分可显著降低钢中碳原子高温活性，改善钢的脱碳敏感性，有效缓解弹簧钢高温脱碳问题。但是该方式工序比较复杂，且增加生产成本。中国专利CN102560046A、CN103045935A、CN102962267A以及CN102212673A公布了数种弹簧钢线材的表面脱碳的控制方法。通过控制加热炉各段的温度、时间以及空燃比和斯太尔摩线风冷的冷速来控制弹簧钢表面的脱碳层深度。目前弹簧钢棒材全脱碳的控制方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法，解决了目前生产的弹簧钢棒材表面全脱碳层的问题。
全脱碳发生的温度区间为700℃-900℃，因此在此温度阶段要严格控制加热时间和残氧值。在加热过程中，预热段和加热一段的加热温度处于全脱碳温度区间。降低氧含量会导致表面碳浓度的提高，使得奥氏体向铁素体转变不能进行，从而抑制了全脱碳的产生。因此必须将残氧值控制在2％以下，从而避免在加热过程中形成全脱碳。加热时间过长，表面碳含量低于0.02％(铁素体中碳的最大溶解度含量)，在900℃时即析出铁素体，此后析出的铁素体将沿着先析出的铁素体表面优先生长，就会形成厚度均匀的全脱碳组织。将均热段钢坯在炉隔步排放，避免由于加热时间超过100min导致表面碳含量低于0.02％。轧后缓慢冷却，相变区时间长，易于形成全脱碳组织。因此轧后通过调整三段水流量使得上冷床钢材表面温度低于730℃，避开全脱碳温度区间。因此本发明为了实现弹簧钢棒材表面全脱碳的控制，提出的技术方案是：1、加热过程中对加热温度、时间以及残氧值的控制。2、轧后利用穿水冷却，控制上冷床的温度。
一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法，具体步骤及参数如下：
1、连铸坯料准备
连铸坯为60Si2MnA的连铸坯，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。连铸坯的断面尺寸为160mm×160mm。
2、坯料加热炉加热制度
坯料加热过程保证坯料加热均匀；预热段600-800℃，加热炉一段炉温850-950℃，二段炉温950-1000℃，均热段炉温1000-1100℃；在炉隔一步排放一根钢坯，在炉时间0-90min；预热段和加热一段的残氧值控制在0-2％，加热二段和均热段的残氧值控制在3-6％。
3、棒材轧制工艺及冷却工艺
钢坯出炉后除鳞水压力18Mpa-30MPa，精轧机入口温度控制在830℃-860℃。通过三段水冷，上冷床温度为700-730℃。
本发明的优点在于：
1、通过本发明所述的工艺，弹簧钢棒材表面不产生全脱碳层；
2、本发明通过对加热炉加热温度、时间以及炉内残氧值和上冷床温度进行控制，成本较低，便于实施，质量稳定。
附图说明
图1为对比工艺棒材脱碳金相图。
图2为本发明工艺棒材脱碳金相图。
具体实施方式
实施例1
本实施例60Si2MnA弹簧钢棒材工艺流程为：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→连铸→加热→除鳞→轧制→穿水→冷床冷却→成品检验→打捆标志→称重入库→交付。
本实施例为断面尺寸为160mm×160mm的连铸坯，轧制直径为20mm的60Si2MnA弹簧钢棒材，棒材表面全脱碳的控制方法具体为：
1、加热炉加热制度：坯料加热过程保证坯料加热均匀；预热段700℃，加热炉一段炉温控制在900℃，二段炉温控制在1000℃，均热段炉温控制在1050℃；钢坯在炉隔步排放，在炉时间90min；预热段和加热一段的残氧值控制在1％，加热二段和均热段的残氧值控制在4％。
2、轧制工艺及冷却工艺：钢坯出炉后除鳞水压力18Mpa，精轧机入口温度控制在830℃。通过三段水冷，上冷床温度为720℃。
对比工艺与以上控制工艺的差别在于，预热段和加热一段的残氧值控制在4％，上冷床温度为850℃。
附图为本发明和对比工艺全脱碳金相图。从图1中可以看出，对比工艺试样表面形成了明显的全脱碳层，即铁素体层。铁素体晶粒沿着与试样表面垂直的方向伸长。全脱碳层深度为40μm，总脱碳层深度为180μm。而从图2中可以看出，本发明的试样表面没有出现全脱碳。总脱碳层深度为80μm。通过本实施例可以看出本发明工艺条件下生产的弹簧钢棒材，表面无全脱碳，且总脱碳层深较浅。

Claims (1)

1.一种无全脱碳的弹簧钢棒材生产方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)连铸坯料准备
连铸坯为60Si2MnA 的连铸坯，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；
连铸坯的断面尺寸为160mm×160mm；
2)坯料加热炉加热制度
预热段600-800℃，加热炉一段炉温850-950℃，二段炉温950-1000℃，均热段炉温1000-1100℃；在炉隔一步排放一根钢坯，在炉时间0-90min；
预热段和加热一段的残氧值控制在0-2％，加热二段和均热段的残氧值控制在3-6％；
3)棒材轧制工艺及冷却工艺
钢坯出炉后除鳞水压力18MPa -30MPa，精轧机入口温度控制在830℃-860℃；通过三段水冷，上冷床温度为700-730℃。
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