CN107653417A - 低温轧制高强弹簧圆钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低温轧制高强弹簧圆钢，含有下列质量百分比的化学成份：C:0.4~0.6%，Si:0.2~0.4%,Mn:0.7~1.0%，Cr:0.9~1.1%，V：0.10~0.15%，Al：0.01~0.03%，其余为铁和不可避免的杂质。其制备方法是，对所设计的化学成分进行熔炼、浇铸、锻造和均匀化退火，热轧开轧温度控制为1100℃~1150℃，终轧温度区间为700℃~850℃，轧后空冷；热轧板采用连续退火工艺。本发明的利用低温轧制加连续退火技术生产的高强弹簧圆钢，生产工艺周期短，工艺稳定性高，可充分节约资源。

Description

低温轧制高强弹簧圆钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低温轧制高强弹簧圆钢及其制备方法。
背景技术
为了更好地适应弹簧的各种苛刻服役环境、高强度及长寿命的要求，新型超高强度弹簧钢应具备超高强度、高硬度、超高耐疲劳性能、超强耐腐蚀性能、超强抗弹减性能和良好的经济性等多方面特征。
多元微合金化是实现新型超高强弹簧钢的必要举措之一，近些年来，部分研究者深入探讨了钢水质量、夹杂物水平以及其它杂质对冶炼质量的影响。目前，大部分国家已采用连铸工艺、炉外精炼技术以及自动在线检测等技术实现了弹簧钢冶炼质量的大幅提升，除此之外，充分发挥多元微合金元素的综合作用，尤其是形成第二相粒子弥散分布在基体中，可充分发挥析出强化的作用，然而，区别于传统弹簧钢采用的淬火加回火工艺对渗碳体的控制，新型多元微合金化弹簧钢，为了能精准控制第二相析出，对热轧工艺以及后续热处理工艺要求更苛刻。对于超高强弹簧钢而言，多元微合金化形成第二相粒子析出尤为重要，本专利提出采用低温轧制结合连续退火工艺实现对第二相粒子析出的有效控制。
低温变形（Warm deformation）技术是获得超高强度与良好塑性的有效措施之一，近些年在第三代AHSS中有诸多研究和报道。该技术的优势主要体现在可以利用形变诱导铁素体相变（DIFT）充分细化晶粒，获得超细晶钢，还可借助于形变诱导第二相粒子析出，控制第二相粒子析出热力学与动力学条件。
连续退火工艺大多应用在冷轧带钢中，由于连续退火具有生产效率高(可以使产品生产周期由10 d缩短到1h以内)、产品品种多样化、产品质量高、生产成本低等许多罩式退火工艺无法比拟的优势，连续退火技术得到了迅速的发展。近些年，随着连续退火设备的快速发展，加热速率和加热均匀性控制更稳定，冷却速率控制更精准，该工艺逐渐在特殊钢行业被推广，例如高速线材、小直径棒材等，目前，未见在弹簧钢中有相关报道。
第二相粒子析出的热力学与动力学条件与轧制工艺以及热处理工艺密切相关。本专利采用热轧低温轧制，一方面形成大量剪切形变带，有利于后续快速连续退火过程中诱发V和Cr基第二相粒子沿晶界或相界顺利析出，不仅能提高强度，同时能改善其韧性、塑性等综合性能。另一方面，低温轧制，还可以通过形变诱导铁素体基体发生第二相粒子的晶内析出。与传统弹簧钢相变，连续退火工艺具备生产周期短，生产节奏快，工艺稳定性高等优点，可以实现高效生产超高强弹簧钢。
发明内容
本发明的目的提供一种生产工艺周期短，工艺稳定性高，可充分节约资源，利用低温轧制加连续退火技术生产的高强弹簧圆钢，及高强弹簧圆钢的制备方法。
本发明的低温轧制高强弹簧圆钢，其化学成分各组份按重量百分数计为，C:0.4~0.6%，Si:0.2~0.4%, Mn:0.7~1.0%，Cr:0.9~1.1%，V：0.10~0.15%，Al：0.01~0.03%，其余为铁和不可避免的杂质。
所述不可避免的杂质元素为P和S，分别要求含量为P≤0.025%；S≤0.025%。
本发明的低温轧制高强弹簧圆钢中涉及到主要合金元素发挥的作用如下：
C是确保弹簧圆钢强度的主要元素，通过增加C含量来提高奥氏体的淬透性，如果C含量过低，不仅强度偏低，同时不利于其它微合金元素形成第二相粒子析出，如果C含量过高，易导致碳化物尺寸粗大，影响弹簧钢的塑、韧性，同时使得弹簧钢的疲劳性能下降，因此，C含量控制在0.4~0.6%。
Si是发挥铁素体固溶强化的元素，同时Si非常有利于提高弹簧钢的弹性极限，防止脱碳，提高抗氧化能力，然而，Si含量不易过高，否则促成铁素体的形成而降低强度，同时，过量的Si还会降低弹簧圆钢的成型性能，因此，Si含量控制在0.2~0.4%。
Mn是提高弹簧钢淬透性的元素，随Mn含量增加，有助于弹簧圆钢在快冷过程中形成马氏体，从而确保后续回火过程中在马氏体内部形成碳化物析出，Mn含量不易过高，否则易增加成品中残余奥氏体的含量，不利于弹簧钢强度的改善，因此，Mn含量控制在0.7~1.0%。
Cr均为中强碳化物形成元素，在弹簧钢易形成MxCy型第二相粒子，从而发挥强化基体的作用，同时Cr还可以提高奥氏体淬透性，有利于形成快冷马氏体。根据钢中C含量，Cr含量需与C含量相匹配，以确保第二相粒子顺利析出，因此，Cr含量控制在Cr:0.9~1.1%。
V 是典型强碳化物形成元素，易形成纳米级第二相粒子，一方面可以细化奥氏体晶粒，另一方面可以发挥析出强化的作用，同样V的含量要与钢中C、N含量相匹配，过低不易形成第二相，过高的成本增加，且导致第二相析出含量增多，使得钢中C含量相对降低，恶化综合性能，因此，V含量控制在0.10~0.15%。
Al在钢中主要发挥净化钢液，脱氧的作用，同时少量Al还可以起到防止弹簧钢表面氧化的作用，但是Al含量过高易Al2O3形成夹杂物，且不利于浇铸，因此，Al含量控制在0.01~0.03%
进一步地，本发明所涉及到高强弹簧圆钢，其室温下的组织为回火屈氏体加残余奥氏体，且有大量含V与Cr的第二相粒子析出。
本发明的低温轧制高强弹簧圆钢制备方法，包括以下步骤为：
1、按常规工艺，对所设计的化学成分进行熔炼、浇铸、锻造和均匀化退火，热轧开轧温度控制为1100℃~1150℃，终轧温度区间为700℃~850℃，轧后空冷； 终轧温度区间优选为700~800℃，确保在铁素体区轧制，同时轧后采用空冷。
2、热轧板采用连续退火工艺，具体工艺参数为加热速率20-30℃/s，优选25-30℃/s，均热温度850-1000℃，优选为900-950℃，保温100-150s，以大于70℃/s极冷到室温，再以20-30℃/s加热速率将极冷板升温到450-550℃，优选450-500℃，保温200-300s，再以≥40℃/s快冷到室温；连续退火工艺一方面确保第一阶段形成马氏体加残余奥氏体，另一方面确保在第二阶段马氏体中有碳化物析出形成回火屈氏体，最终利用回火屈氏体和残余奥氏体综合调控力学性能。
本发明的利用低温轧制加连续退火技术生产的高强弹簧圆钢，生产工艺周期短，工艺稳定性高，可充分节约资源。
附图说明
图1为本发明的工艺参数图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种低温轧制生产高强弹簧圆钢，其化学成分各组份按重量百分数计为：C：0.49%，Si：0.35%，Mn:0.82%，Cr:1.03%，V:0.13%，Al:0.016%，P:0.024%, S:0.015%，其余为Fe和其它不可避免杂质。
按照上述成分，采用25kg真空氩气保护熔炼，并锻造成小方坯，锻坯随炉加热到1200℃保温1.5小时，确保钢中合金元素全部固溶，合金元素充分扩散，最终使得组织均匀化，消除部分偏析。
锻坯在二辊热轧机上进行热轧，开轧温度为1150℃，6道次轧制，最终成品厚度为6mm，总压下率为66.7%，终轧温度为780℃，轧后空冷；采用铁素体区低温终轧，形成形变带的同时诱发铁素体形成第二相粒子析出。
热轧板采用连续退火工艺进行热处理，加热速率为25℃/s，加热温度为900℃，保温120s, 以70℃/s快冷到室温，再以25℃/s加热到460℃保温250s,在以40℃/s冷却到室温。
比较例1
比较例1所采用的化学成分按重量百分比记为：C：0.51%，Si：0.32%，Mn:0.81%，Cr:1.00%，V:0.11%，Al:0.012%，P:0.022%, S:0.010%，其余为Fe和其它不可避免杂质。
与实施例1不同在于，热轧采用常规奥氏体区轧制，轧制温度设计为890℃，其它工艺相同。
比较例2
比较例2所采用的化学成分按重量百分比记为：C：0.49%，Si：0.30%，Mn:0.80%，Cr:1.05%，V:0.13%，Al:0.015%，P:0.025%, S:0.018%，其余为Fe和其它不可避免杂质。
与实施例1不同在于，比较例2在连续退火工艺中，二次加热温度为600℃，其它工艺相同。
基于上述，对实施例及上述比较例的弹簧钢进行力学性能测试，结果如下表1所示，可以看出，实施例拥有最优的综合力学性能。
表1 不同弹簧钢的力学性能结果

Claims (2)

1.一种低温轧制高强弹簧圆钢，其特征在于：其化学成分各组份按重量百分数计为：C:0.4~0.6%，Si:0.2~0.4%, Mn:0.7~1.0%，Cr:0.9~1.1%，V：0.10~0.15%，Al：0.01~0.03%，其余为铁和不可避免的杂质。
2.如权利要求书1所述的低温轧制高强弹簧圆钢，其制备方法包括以下步骤：（1）对所设计的化学成分进行熔炼、浇铸、锻造和均匀化退火，热轧开轧温度控制为1100℃~1150℃，终轧温度区间为700℃~850℃，轧后空冷；
（2）热轧板采用连续退火工艺，具体工艺参数为加热速率20-30℃/s，均热温度850-1000℃，保温100-150s，以大于70℃/s极冷到室温，再以20-30℃/s加热速率将极冷板升温到450-550℃，保温200-300s，以≥40℃/s快冷到室温。
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