CN109797348B - 一种高强度板簧的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高强度板簧，包括以下步骤：a、将废钢和生铁送入电弧炉；b、将钢水送入LF炉；c、将钢水送入VD炉；d、将钢水送入连铸机；e、将铸造成型后的铸坯送入加热炉；f、通过连轧机将铸造成型的铸坯轧制成板簧扁材；g、轧制后采用线连续式堆冷退火工艺进行退火；h、根据需求将退火处理后的钢材下料成型。本发明生产加工的板簧的强度高、抗疲劳破坏和抗松弛能力强，钢质纯，气体含量低、成分均匀稳定，板簧综合力学性能好，寿命高、成本低。

Description

一种高强度板簧的生产工艺

技术领域

本发明属于合金钢加工领域，具体涉及一种高强度板簧的生产工艺。

背景技术

板簧是汽车悬架系统中的弹性元件，其性能主要受到钢的冶金质量和热处理的影响。为了满足板簧的性能要求，其对钢的冶金质量，包括严格控制化学成分、高的纯净度、低的夹杂含量、钢质的均匀性和稳定性以及轧制后的热处理都有严格的要求。目前，常见的生产工艺中，加工成型后的板簧，其性能和参数尽管能达到行业标准的要求，但是难于达到用户对高强度、高质量的特殊要求。为了适应市场，满足用户要求，必须解决板簧钢高强度、高质量的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种高强度板簧的生产工艺，能使板簧的强度高、抗疲劳破坏和抗松弛能力强，钢质纯，气体含量低、成分均匀稳定；板簧综合力学性能好，寿命高、成本低。

本发明所采用的技术方案是：一种高强度板簧的生产工艺，包括以下步骤：

a、将废钢和生铁送入电弧炉，熔化后，当C含量≥0.06％且P含量≤0.005％时出钢，出钢时温度为1620℃-1660℃；

b、将钢水送入LF炉，送电造渣，炉渣形成后，加入碳粉、碳化硅粉和硅铁粉脱氧，LF炉内炉渣变白，保持白渣时间≥5min，当炉内温度≥1580℃时，配入合金，吹氩搅拌30s，待合金全部熔化且成分均匀后取样分析，成分分析合格且S≤0.008％后出钢；

c、将钢水送入VD炉，在真空度≤67Pa的环境下保持≥18min后破真空，破真空后，确保软吹氩时间≥8min，钢水出VD炉时进行气体取样；

d、将钢水送入连铸机，全程连续保护浇注将铸坯浇铸成型，浇铸过程中温度为1500℃-1515℃，当温度高于1515℃时，适当降低拉速，当温度低于1500℃时，适当提高拉速；

e、将铸造成型后的铸坯送入加热炉，在弱氧化气氛环境下将加热炉升温至1050℃-1100℃对铸坯进行加热，铸坯在加热炉内加热时间为2.5h-3h；

f、通过连轧机将铸造成型的铸坯轧制成板簧扁材，轧制过程中，开轧温度为1000℃-1080℃，终轧温度850℃-900℃，铸坯轧制速度为1min-1.5min；

g、轧制后采用线连续式堆冷退火工艺进行退火，退火后板簧扁材布氏硬度为200N/mm2-240N/mm2；

h、根据需求将退火处理后的钢材下料成型，得到所述高强度板簧，得到的高强度板簧由以下成分按重量百分比构成：C：0.55％-0.60％、Si：0.20％-0.37％、Mn：0.85％-0.95％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Cr：0.85％-0.95％、Ni：0.20％-0.40％、Nb:0.03-0.05％、Al：≤0.005％、Cu：≤0.15％、Pb：≤0.005％、As：≤0.015％、Sn：≤0.015％、Sb：≤0.005％和Bi≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

其中一个实施例中，步骤a中，出钢至1/3时，在钢水包中加入Ca-Al-Si合金1.5Kg/t-5Kg/t脱氧，用Mn-Si合金和Fe-Cr合金将Mn和Cr按100％的金属收得率加入钢水包，同时加入适量增碳剂，保证钢水C含量≥0.45％。

其中一个实施例中，步骤b中，温度≥1560℃且炉内成分均匀后，取样分析。

其中一个实施例中，步骤b中，LF炉出钢温度为1650℃-1670℃。

其中一个实施例中，步骤b中，LF炉出钢后，加入Ca-Si线1m/t-2m/t，若Al含量≥0.005％，加入Ca-Si线3m/t-5m/t。

其中一个实施例中，步骤c中，气体取样时，H≤1.2ppm、O≤15ppm且N≤40ppm。

其中一个实施例中，步骤d中，全程连续保护浇注的连铸机中间包温度为1500℃-1525℃。

其中一个实施例中，步骤d中，全程连续保护浇注的连铸机中间包钢水液位达到200mm时，加入20kg/包的钢水覆盖剂1袋-2袋，中间包液位高度达到300mm时开始浇铸。

其中一个实施例中，非周转钢水包或第一钢水包浇铸过程中，如果需要等待，按等待时间×降温速度+正常出钢温度计算出出钢温度，从第二钢水包开始，在第一钢水包温度的基础上降低20℃进行控制。

本发明的有益效果在于：

1、由于添加了合金元素，控制残余元素、提高Mn、Cr含量，可使抗拉强度提高300MPa,下屈服强度提高200Pa；

2、通过对钢水精炼、真空处理，以全程连续保护浇注的连铸工艺代替在大气下浇注的模铸工艺等手段，使产品的气体含量处于较低水平，H≤1.2ppm、O≤15ppm、N≤40ppm。全程连续保护浇注的连铸坯的低倍组织为1级坯、非金属物级别均小于1.5，获得了化学成分均匀且纯度较高的产品；

3、和国内采用步进式、摇摆式、链式、往复推齿式冷床相比，硬度降低40N/mm2以上，由于对材采取了特殊的冷却方式，使材的硬度降低，加工难度降低，成材率高，成本低。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明所采用的技术方案是：一种高强度板簧的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、将废钢和生铁送入电弧炉，熔化后，当C含量≥0.06％且P含量≤0.005％时出钢，出钢时温度为1620℃-1660℃；

步骤二、将钢水送入LF炉，送电造渣，炉渣形成后，加入碳粉、碳化硅粉和硅铁粉脱氧，LF炉内炉渣变白，保持白渣时间≥5min，当炉内温度≥1580℃时，配入合金，吹氩搅拌30s，待合金全部熔化且成分均匀后取样分析，成分分析合格且S≤0.008％后出钢；

步骤三、将钢水送入VD炉，在真空度≤67Pa的环境下保持≥18min后破真空，破真空后，确保软吹氩时间≥8min，钢水出VD炉时进行气体取样；

步骤四、将钢水送入连铸机，全程连续保护浇注将铸坯浇铸成型，浇铸过程中温度为1500℃-1515℃，当温度高于1515℃时，适当降低拉速，当温度低于1500℃时，适当提高拉速；

步骤五、将铸造成型后的铸坯送入加热炉，在弱氧化气氛环境下将加热炉升温至1050℃-1100℃对铸坯进行加热，铸坯在加热炉内加热时间为2.5h-3h；

步骤六、通过连轧机将铸造成型的铸坯轧制成板簧扁材，轧制过程中，开轧温度为1000℃-1080℃，终轧温度850℃-900℃，铸坯轧制速度为1min-1.5min；

步骤七、轧制后采用线连续式堆冷退火工艺进行退火，退火后板簧扁材布氏硬度为200N/mm2-240N/mm2；

步骤八、根据需求将退火处理后的钢材下料成型，得到所述高强度板簧，得到的高强度板簧由以下成分按重量百分比构成：C：0.55％-0.60％、Si：0.20％-0.37％、Mn：0.85％-0.95％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Cr：0.85％-0.95％、Ni：0.20％-0.40％、Nb:0.03-0.05％、Al：≤0.005％、Cu：≤0.15％、Pb：≤0.005％、As：≤0.015％、Sn：≤0.015％、Sb：≤0.005％和Bi≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施例中，步骤一中，出钢至1/3时，在钢水包中加入Ca-Al-Si合金1.5Kg/t-5Kg/t脱氧，用Mn-Si合金和Fe-Cr合金将Mn和Cr按100％的金属收得率加入钢水包，同时加入适量增碳剂，保证钢水C含量≥0.45％。

本实施例中，步骤二中，温度≥1560℃且炉内成分均匀后，取样分析。

本实施例中，步骤二中，LF炉出钢温度为1650℃-1670℃。

本实施例中，步骤二中，LF炉出钢后，加入Ca-Si线1m/t-2m/t，若Al含量≥0.005％，加入Ca-Si线3m/t-5m/t。

本实施例中，步骤三中，气体取样时，H≤1.2ppm、O≤15ppm且N≤40ppm。

本实施例中，步骤四中，全程连续保护浇注的连铸机中间包温度为1500℃-1525℃。

本实施例中，步骤四中，全程连续保护浇注的连铸机中间包钢水液位达到200mm时，加入20kg/包的钢水覆盖剂1袋-2袋，中间包液位高度达到300mm时开始浇铸。

本实施例中，非周转钢水包或第一钢水包浇铸过程中，如果需要等待，按等待时间×降温速度+正常出钢温度计算出出钢温度，从第二钢水包开始，在第一钢水包温度的基础上降低20℃进行控制。

本工艺生产的板簧，用于大截面的各种重要弹簧，如汽车、机车的大型板簧等,对纯洁度和成份的均匀性有严格要求。

与传统工艺相比，本工艺生产出的板簧，由于添加了合金元素，控制残余元素、提高Mn、Cr含量，可使抗拉强度提高300MPa,下屈服强度提高200Pa；

通过对钢水精炼、真空处理，以全程连续保护浇注的连铸工艺代替在大气下浇注的模铸工艺等手段，使产品的气体含量处于较低水平，H≤1.2ppm、O≤15ppm、N≤40ppm。连铸坯的低倍组织为1级坯、非金属物级别均小于1.5，获得了化学成分均匀且纯度较高的产品；

本工艺全程连续保护浇注的连铸中间包，采用双层保护渣保护钢液，拉坯时，采用电磁搅拌技术；浇注时使用保护管、长水口保护浇注；二冷采用气雾喷嘴冷却技术，和模铸钢相比较，大大减少了成分偏析、提高钢质的均匀性，由于全程连续保护浇注，减少了钢液的二次氧化、改善钢的脱碳、组织均匀稳定、金属收得率以及生产效率连铸工艺比模铸都高，成本低。

和国内采用步进式、摇摆式、链式、往复推齿式冷床相比，硬度降低40N/mm2以上，由于对材采取了特殊的冷却方式，使材的硬度降低，加工难度降低，成材率高，成本低。

本工艺生产出的板簧，低倍缺陷级别以及非金属夹杂物级别都比行业标准高。

低倍缺陷合格级别标准如表1：

表1低倍缺陷合格级别标准

非金属夹杂物合格级别标准如表2：

表2非金属夹杂物合格级别标准

本工艺中，连铸温度及拉速控制标准，其工艺参数如表3:

表3连铸温度及拉速控制标准

本工艺中，全程连续保护浇注连铸机自动配水量，如表4：

表4连铸机配水量参数

本工艺中，中间包液面高度为300mm时即可开浇；为了保证正常浇注，应来回调节水口开度，使正常浇时中间包钢液面处于满液面浇注。

起步正常后，加套保护管，加入结晶器保护渣，保护渣加入要均匀，不能在结晶内堆积，拉坯过程中，要勤观察结晶器内保护渣的变化情况，做到少加勤加。浇钢工必须根据中间包钢水温度控制拉坯速度，坚持“低温快铸，高温慢铸”的原则。起步拉速为0.3m/min，逐渐增加，趋于正常，但拉速度变化不得超过0.1m/秒；正常拉速为1.7-2m/min。正常拉坯情况下，保证结晶器内钢水液面距离结晶器上口80mm-100mm，严禁波动太大。水口插入结晶器内的深度为50mm-100mm。

起步正常后开启对应流结晶器电磁搅拌，搅拌参数：电流300A，频率3Hz。大包钢水快浇完时，应将水口全开，使中间包内的钢水液面深度在大包停浇时能达到最高规定值(离中间包上沿80mm-100mm)，以保证在连浇时，下次大包开浇前中间包液面高度不低于200mm，防止涡流卷渣。中包钢水液位在50mm-100mm时停浇。本工艺中非周转钢水包指精炼时间≤90min的钢水包。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、将废钢和生铁送入电弧炉，熔化后，当C含量≥0.06％且P含量≤0.005％时出钢，出钢时温度为1620℃-1660℃；

b、将钢水送入LF炉，送电造渣，炉渣形成后，加入碳粉、碳化硅粉和硅铁粉脱氧，LF炉内炉渣变白，保持白渣时间≥5min，当炉内温度≥1580℃时，配入合金，吹氩搅拌30s，待合金全部熔化且成分均匀后取样分析，成分分析合格且S≤0.008％后出钢；

c、将钢水送入VD炉，在真空度≤67Pa的环境下保持≥18min后破真空，破真空后，确保软吹氩时间≥8min，钢水出VD炉时进行气体取样；

d、将钢水送入连铸机，全程连续保护浇注将铸坯浇铸成型，浇铸过程中温度为1500℃-1515℃，当温度高于1515℃时，适当降低拉速，当温度低于1500℃时，适当提高拉速；

e、将铸造成型后的铸坯送入加热炉，在弱氧化气氛环境下将加热炉升温至1050℃-1100℃对铸坯进行加热，铸坯在加热炉内加热时间为2.5h-3h；

f、通过连轧机将铸造成型的铸坯轧制成板簧扁材，轧制过程中，开轧温度为1000℃-1080℃，终轧温度850℃-900℃，铸坯轧制速度为1min-1.5min；

g、轧制后采用线连续式堆冷退火工艺进行退火，退火后板簧扁材布氏硬度为200N/mm²-240N/mm²；

h、根据需求将退火处理后的钢材下料成型，得到所述高强度板簧，得到的高强度板簧由以下成分按重量百分比构成：C：0.55％-0.60％、Si：0.20％-0.37％、Mn：0.85％-0.95％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Cr：0.85％-0.95％、Ni：0.20％-0.40％、Nb:0.03-0.05％、Al：≤0.005％、Cu：≤0.15％、Pb：≤0.005％、As：≤0.015％、Sn：≤0.015％、Sb：≤0.005％和Bi≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤a中，出钢至1/3时，在钢水包中加入Ca-Al-Si合金1.5Kg/t-5Kg/t脱氧，用Mn-Si合金和Fe-Cr合金将Mn和Cr按100％的金属收得率加入钢水包，同时加入适量增碳剂，保证钢水C含量≥0.45％。

3.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤b中，温度≥1560℃且炉内成分均匀后，取样分析。

4.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤b中，LF炉出钢温度为1650℃-1670℃。

5.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤b中，LF炉出钢后，加入Ca-Si线1m/t-2m/t，若Al含量≥0.005％，加入Ca-Si线3m/t-5m/t。

6.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤c中，气体取样时，H≤1.2ppm、O≤15ppm且N≤40ppm。

7.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤d中，全程连续保护浇注的连铸机中间包温度为1500℃-1525℃。

8.如权利要求1所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，步骤d中，全程连续保护浇注的连铸机中间包钢水液位达到200mm时，加入20kg/包的钢水覆盖剂1袋-2袋，中间包液位高度达到300mm时开始浇铸。

9.如权利要求4所述的一种高强度板簧的生产工艺，其特征在于，非周转钢水包或第一钢水包浇铸过程中，如果需要等待，按等待时间×降温速度+正常出钢温度计算出出钢温度，从第二钢水包开始，在第一钢水包温度的基础上降低20℃进行控制。