CN111041372B - 一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法 - Google Patents

一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法，涉及盘条领域。具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的化学成分按质量百分数计包括：Si：0.32％～0.40％，Als：0.016％～0.030％。弹簧钢丝的制造方法是将上述的弹簧钢盘条直接进行冷拉拔，拉拔最大的减面率达到95％；将拉拔钢丝经低温去应力退火处理，断面收缩率≥35％，耐折弯疲劳寿命次数≥20次。本申请开发出具有良好综合力学性能的低合金弹簧钢盘条，盘条可以不经中间退火，直接冷拉拔大变形量生产细弹簧钢丝，冷拉拔钢丝可以不进行油淬回火处理，也能保证钢丝的耐拆弯疲劳性能要求，直接绕制成弹簧，大幅降低生产成本。

Description

一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造 方法
技术领域
本申请涉及盘条钢领域，具体而言，涉及一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法。
背景技术
低合金弹簧钢盘条广泛用于制造各种类型机械弹簧、家用电器护管弹簧、精密弹簧、车用悬架簧、异形模具弹簧等零件。传统的低合金弹簧钢盘条制成弹簧的加工流程需要经过一次球化退火处理、酸洗、磷化、拉拔、(根据成品钢丝线径大小可能需要二次或多次球化退火处理)、拉拔、油淬回火热处理等多道工序，以确保弹簧钢丝获得具有良好综合性能的索氏体或屈氏体组织，绕制的弹簧才能具有强屈比高、疲劳寿命高、载荷损失小等特性。
随着低合金弹簧盘条用途的不断拓展以及加工成本的不断缩减，要求盘条不经中间退火处理，连续冷拉拔到细小线径的冷拉拔钢丝。冷拉拔钢丝需要具有良好的耐拆弯疲劳性能，因此对于盘条的冷拉拔性能即其冷拉拔的减面率要求越来越高。但是传统工艺生产的低合金弹簧盘条由于显微组织、奥氏体晶粒度较粗大、夹杂物含量较高、中心偏析和脱碳严重等缺陷影响，在不退火条件下连续冷拉拔最大减面率一般不超过80％，且盘条经深度冷拉拔处理后，由于晶格畸变，显微组织纤维化，加工硬化的影响，钢丝的强度提高，但塑性性能大幅下降，冷拉拔钢丝耐拆弯疲劳性能达不到要求，此时需要对钢丝进行油淬回火处理，才能获得均匀的索氏体或屈氏体组织，以保证弹簧的综合性能。
申请号201210398901.1的中国发明专利公开了一种65Mn弹簧钢盘条的生产工艺及65Mn弹簧钢盘条，其主要通过优化轧制前的加热制度、控制轧制、控制冷却工艺，降低甚至消除了盘条表面脱碳，提高了成品弹簧的疲劳寿命；改善了金相组织并获得高索氏体率，使其具备取消拉拔前期铅淬火工序的条件，降低了生产加工成本。但是该生产工艺生产的弹簧钢用热轧盘条的力学性能无法满足冷加工大变形量和冷拉钢丝耐拆弯疲劳性能要求。
因此，传统工艺生产的低合金弹簧盘条的纯净度、显微组织、中心偏析、脱碳、力学性能质量无法满足其在不经中间退火处理条件下的冷加工大变形量和冷拉钢丝耐拆弯疲劳性能要求。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法，开发出具有良好综合力学性能、尤其是良好的断面收缩率的低合金弹簧钢盘条，盘条可以不经中间退火，直接冷拉拔大变形量生产细弹簧钢丝，冷拉拔钢丝可以不进行油淬回火处理，也能保证钢丝的耐拆弯疲劳性能要求，直接绕制成弹簧，大幅降低生产成本。
第一方面，本申请实施例提供了一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.65％～0.70％，Si：0.32％～0.40％，Mn：0.98％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr≤0.10％，Ni≤0.10％，Cu≤0.06％，Mo≤0.01％，As≤0.040％，Sn≤0.03％，Als：0.016％～0.030％，N≤0.005％，O≤0.0025％，其中Cr+Ni+Cu+Mo+N≤0.25％，As+Sn≤0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；
弹簧钢盘条的显微组织包括索氏体、珠光体和铁素体，其中索氏体含量≥90％，索氏体片间距≤0.20μm，铁素体含量≤2.0％，奥氏体晶粒度≥10.0级，中心碳偏析≤A类1.5级。
在上述技术方案中，申请人在探索本申请的过程中发现，现有盘条无法满足冷拉拔性能及拉拔后钢丝的耐拆弯疲劳性能的因素主要有以下几点：产品的化学成分；盘条中心碳偏析严重，偏析指数高；盘条显微组织不均匀，组织粗大，存在较多游离铁素体，索氏体含量(面积占比)较低，且索氏体组织的层片间距较大；奥氏体晶粒度粗大等。本申请通过设计化学成分提高盘条的综合性能，各化学元素及含量的作用机理阐述如下：
C元素是钢中最有效，也是最经济的一种强化元素，在钢中起固溶强化作用，同时C元素使钢的C曲线右移，能在一定程度上提高钢的过冷奥氏体的稳定性，有利于盘条吐丝后，仅在风冷条件下获得更多的索氏体组织。碳含量越高，先共析铁素体越少，索氏体含量越高，但钢中的C元素在提高钢的强度的同时，盘条中易形成网状渗碳体组织，会急剧降低钢的塑性性能和拉拔性能，本申请要求盘条的抗拉强度Rm≥1020MPa，不允许出现网状渗碳体组织。综上所述，本申请的C含量要求为0.65％～0.70％，既能提高盘条的抗拉强度和索氏体含量，又能避免盘条中存在网状渗碳体组织，保证盘条的塑性性能和拉拔性能。
Si元素是钢的一种脱氧元素，也是钢中有效的强化元素，钢中存在一定含量的硅能有效强化铁素体强度，提高弹簧的弹减变形能力，但Si元素含量过高会恶化盘条的冷加工性能，不利于盘条的拉拔性能。综上所述，本申请的Si含量要求为0.32％～0.40％，在此范围能有效发挥硅元素的强化效果，并保证盘条的塑性性能和冷拉拔性能。
Mn元素也是钢中有效的强化元素，能提高钢抗拉强度和屈服强度，提高弹簧的弹减变形能力，同时其也是钢的一种脱氧元素。Mn元素使钢的C曲线右移，能在一定程度上提高钢的过冷奥氏体的稳定性，有利于盘条吐丝后，仅在风冷条件下获得更多的索氏体组织。Mn含量越高，先共析铁素体越少，索氏体含量越高，但过高的Mn含量会粗化盘条的奥氏体晶粒度，使组织粗化，恶化盘条的冷加工性能，不利于盘条的拉拔性能。综上所述，本申请的Mn含量要求为0.98％～1.20％，既能提高盘条的抗拉强度和索氏体含量，又能避免盘条中存在网状渗碳体组织，保证盘条的塑性性能和拉拔性能。
P元素在本钢种中属于有害元素，较高的P元素会恶化钢的塑性性能和冷加工性能，对于提高盘条拉拔性能及弹簧综合性能而言，P含量越低越好。但P含量越低，炼钢成本越高，因此兼顾成本和性能，本申请要求P≤0.015％。
S元素在本钢种中是属于有害元素，S元素会形成硫化夹杂物，影响钢的塑性性能和冷加工性能，因此本申请的S含量越低越好，本申请要求S≤0.010％。
Cr元素、Ni元素、Cu元素、Mo元素在本钢种中均属于残余元素。其中Cr、Mo元素能提高钢的淬透性，是碳结合元素，Cr、Mo易使得盘条在后续的风冷条件下形成贝氏体甚至马氏体，急剧恶化钢的塑性性能和冷加工性能，因此本申请要求Cr≤0.10％，Mo≤0.01％；其中Cu元素属于低熔点元素，易在晶间析出，影响钢的塑性性能和冷加工性能，本申请要求Cu≤0.10％，Ni≤0.10％。
As元素、Sn元素都是低熔点元素，易在晶间形成偏析，是属于有害元素，本申请要求其含量越低越好，考虑到炼钢和合金成本，本申请要求As≤0.040％，Sn≤0.03％，考虑到它们的共同作用机理，同时要求As+Sn≤0.06％。
Als是钢中的强脱氧元素，一定的酸溶铝Als含量能有效细化奥氏体晶粒度和显微组织，显著提高盘条的塑性性能和拉拔性能，晶粒细化即能提高盘条的抗拉强度又能保证钢的塑性性能，保证盘条的高断面收缩率性能指标。含铝钢如果炼钢工艺控制不好，极易形成高熔点、不变形、高硬度的氧化铝夹杂物，不仅显著影响盘条的拉拔性能，也影响钢水的可浇性，因此传统的弹簧钢生产工艺为了避免出现较严重的氧化铝夹杂物，往往控制低铝含量。但钢中铝含量过低，不利于后续组织的细化，影响盘条的断面收缩率和冷拉拔性能。Als含量是本申请的关键点之一，本申请要求Als含量为0.016％～0.030％，既能有效细化奥氏体晶粒度，与炼钢工艺相结合，控制钢中的氧含量和精炼渣的碱度，又能很好控制钢中的B类氧化夹杂物(氧化铝类夹杂物)的尺寸、数量和级别，提高盘条的塑性性能的拉拔性能。
N元素在本钢种中属于有害元素，钢中N溶入奥氏体中，增加钢的脆性，降低盘条的塑性性能和拉拔性能，因此本申请的N含量越低越好，考虑到炼钢成本，本申请要求N≤0.005％。
O元素在本钢种中属于有害元素，与硅、锰、铁等元素形成脱氧夹杂物，钢中较低的氧含量，有利于控制钢中的氧化夹杂物的含量和级别，但极低的氧含量，反而易促使钢中形成较大颗粒的不变形、高硬度的脆性夹杂物，恶化盘条的塑性性能和拉拔性能。综上所述，为减少夹杂物尺寸，本申请要求O≤0.0025％。
另外，考虑到各残余元素的协同作用，本申请要求Cr+Ni+Cu+Mo+N≤0.25％。
而且本申请盘条的显微组织中索氏体含量高(≥90％)，铁素体含量少(≤2.0％)，索氏体组织的层片间距小(≤0.20μm)，表面脱碳层深度小(≤0.5％)，奥氏体晶粒度细小(≥10.0级)，中心碳偏析级别低(≤A类1.5级)，因此本申请的盘条具有良好综合力学性能，可以不经中间退火，直接冷拉拔大变形量生产细弹簧钢丝，冷拉拔钢丝可以不进行油淬回火处理，也能保证钢丝的耐拆弯疲劳性能要求，直接绕制成弹簧。
在一种可能的实现方式中，弹簧钢盘条的总脱碳层比≤0.5％，无全脱碳层。
在上述技术方案中，表面脱碳特别是全脱碳层显著影响盘条的拉拔性能和成品弹簧钢疲劳寿命，本申请的盘条表面总脱碳层比≤0.5％，无全脱碳层，保证了盘条的拉拔性能。
在一种可能的实现方式中，弹簧钢盘条的抗拉强度≥1020MPa，屈服强度≥850MPa，断后伸长率≥18％，断面收缩率≥55％。
在上述技术方案中，本申请的盘条具有良好综合力学性能，能够满足深冷拉拔性能。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面提供的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其包括以下工序：洁净钢冶炼、铸坯加热、控轧控冷轧制、冷却，其中洁净钢冶炼包括转炉冶炼、精炼和方坯保护连铸的工序，方坯保护连铸的中间包过热度控制在5～40℃，拉速控制在1.6～2.0m/min，且中间包过热度与拉速的匹配要求为：当中间包过热度为5～20℃时，拉速为2.0～1.9m/min，当中间包过热度为20～30℃时，拉速为1.9～1.7m/min，当中间包过热度为30～40℃时，拉速为1.7～1.6m/min。
在上述技术方案中，本申请通过化学成分设计，结合连铸工艺创新，开发具有良好综合力学性能的低合金弹簧钢盘条。本申请采用方坯保护连铸，避免钢水与空气接触，减少钢的后氧化和吸氮，减少钢中的氮含量和钢中夹杂物。中间包过热度控制在5～40℃，拉速控制在1.6～2.0m/min，且拉速与过热度相匹配，从而改善铸坯低倍质量，增加心部等轴晶区域面积，减少1/4区域部位的粗大柱状晶的面积，进而有效减少钢坯中心碳偏析，铸坯碳偏析指数≤1.08，低的碳偏析指数是减少和改善盘条中心碳偏析最有效的手段。
在一种可能的实现方式中，铸坯加热的加热炉各段温度为：预热段600℃～800℃，加热段1000℃～1150℃，均热段1050℃～1150℃，铸坯在加热段和均热段的总加热时间控制在100～180min；铸坯头尾加热温差要求≤30℃；加热炉内残氧含量要求≤8％。
在上述技术方案中，本申请采用较低的加热温度进行铸坯加热，防止高温奥氏体粗大，获得细小的奥氏体晶粒度。具体的，加热段1000～1150℃，均热段1050～1150℃，铸坯在高温段(加热段和均热段)总加热时间控制在100～180min，控制炉内残氧含量≤8％，上述工艺要求能够保证钢坯加热内外均匀，提高钢坯的轧制性能，提高轧制表面质量，保证盘条表面脱碳层深度小。
在一种可能的实现方式中，控轧控冷轧制的开轧温度为970℃～1030℃，预精轧温度为950℃～980℃，精轧温度为950℃～980℃，吐丝温度为910℃～930℃。
在上述技术方案中，本申请采用控轧控冷轧制工艺的最终目的是获得均匀、细小的，以索氏体(含量≥90％)为主的显微组织。本申请对轧制和冷却的控制及原理阐述如下：
本申请的轧制全线采用较低的轧制温度，且各段轧制温度均匀，在奥氏体区域温度内，保证轧制时的张力波动小，有利于坯轧制性能，提高轧制表面质量。其中开轧温度970～1030℃，预精轧(BGV入口)温度950～980℃，精轧(TMB入口)温度950～980℃。精轧后的吐丝温度采用较高的温度910℃～930℃，有利于提高相变前的奥氏体的稳定性，提高过冷度和转变能量，在成分相同的情况下获得最高含量的索氏体组织，同时减少索氏体片间距，抑制先共析铁素体的析出，减少铁素体含量。
在一种可能的实现方式中，控轧控冷轧制在吐丝后冷却，盘条在相变前的冷却速度控制在大于7～9℃/S，当盘条温度降低至650～590℃后，盘条的冷却速度控制在1.5～2.5℃/S。
在上述技术方案中，盘条在风冷段的冷却速度和冷却均匀性直接影响到盘条的显微组织和力学性能及其均匀性。本申请在盘条吐丝后，控制盘条相变前的冷却速度在大于7～9℃/S，提高盘条相变前的过冷度，抑制先共析铁素体的析出，盘条降低至650～590℃后，控制盘条的冷却速度1.5～2.5℃/S，相当于摸拟中温相变，盘条在风冷段有充足的相变时间，获得最大量的索氏体，同时避免产生贝氏体和马氏体等低温变组织。
在一种可能的实现方式中，转炉冶炼采用高拉碳工艺出钢，终点C浓度要求为0.17％～0.40％；出钢加入低氮增碳剂，出钢温度≥1650℃。
在上述技术方案中，本申请采用高拉碳出钢操作，要求终点C浓度为0.17％～0.40％，采用高拉碳工艺，可以减少吹炼次数，保证转炉出钢时钢水中的氧含量较低，减轻精炼工序去除氧化夹杂物的压力，有利于减少钢中夹杂物。
在一种可能的实现方式中，精炼包括LF精炼、RH炉真空处理，其中LF精炼的精炼渣碱度控制在2.0～5.0，精炼渣中的Al2O3≤20％，精炼处理时间≥60min；RH炉真空处理的真空度≤266KPa，高真空处理时间≥8min，纯脱气时间≥6分钟，喂纯钙线100～300m，软吹时间≥6分钟。
在上述技术方案中，本申请将精炼渣碱度控制在2.0～5.0，Al2O3≤20％，能够减少钢中的硫化夹杂物和不变形含铝夹杂物级别和含量及尺寸大小。
在一种可能的实现方式中，将铸坯红送至高线加热炉进行铸坯加热，入炉温度控制为≥500℃。
在上述技术方案中，本申请采用方坯红送方式，能够最大程度运用铸坯余热，减少入炉能耗，红送温度要求≥500℃，可以避免出现因红送而导致的表面微裂纹。
第三方面，本申请实施例提供了一种弹簧钢丝的制造方法，其包括以下步骤：
将第一方面提供的弹簧钢盘条不经过中间退火处理，直接进行冷拉拔，拉拔最大的减面率达到95％；
将拉拔所得的拉拔钢丝经低温去应力退火处理，退火处理后的钢丝的断面收缩率≥35％，耐折弯疲劳寿命次数≥20次。
在上述技术方案中，本申请采用的盘条力学性能优良，强韧性匹配良好，塑性指标好，具有良好的冷拉拔性能，相应的，本申请弹簧钢丝的制造方法将上述盘条无需中间退火处理，在拉拔润滑良好条件下，直接冷拉拔，拉拔最大的减面率达到95％，拉拔钢丝经低温去应力退火处理后，断面收缩率≥35％，耐折弯疲劳寿命次数≥20次，大幅降低弹簧钢丝的生产成本。
第四方面，本申请实施例提供了一种弹簧钢丝，其采用第三方面提供的弹簧钢丝的制造方法制得。
在上述技术方案中，弹簧钢丝满足耐拆弯疲劳性能要求。
第五方面，本申请实施例提供了一种弹簧，其采用第四方面提供的弹簧钢丝直接绕制成。
在上述技术方案中，弹簧的综合性能好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1的盘条的显微组织电镜图；
图2为实施例1的盘条的边缘组织的金相图；
图3为实施例1的盘条的1/4区域组织的金相图；
图4为实施例1的盘条的心部区域组织的金相图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法进行具体说明。
本申请实施例提供一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.65％～0.70％，Si：0.32％～0.40％，Mn：0.98％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr≤0.10％，Ni≤0.10％，Cu≤0.06％，Mo≤0.01％，As≤0.040％，Sn≤0.03％，Als：0.016％～0.030％，N≤0.005％，O≤0.0025％，其中Cr+Ni+Cu+Mo+N≤0.25％，As+Sn≤0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。该弹簧钢盘条的显微组织包括索氏体、珠光体和铁素体，其中索氏体含量≥90％，索氏体片间距≤0.20μm，铁素体含量≤2.0％，奥氏体晶粒度≥10.0级，中心碳偏析≤A类1.5级。该弹簧钢盘条的总脱碳层比≤0.5％，无全脱碳层。该弹簧钢盘条的抗拉强度≥1020MPa，屈服强度≥850MPa，断后伸长率≥18％，断面收缩率≥55％。
本申请实施例还提供一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其包括以下工序：
一、洁净钢冶炼：按照化学成分进行洁净钢冶炼，化学成分按质量百分数计包括：C：0.65％～0.70％，Si：0.32％～0.40％，Mn：0.98％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr≤0.10％，Ni≤0.10％，Cu≤0.06％，Mo≤0.01％，As≤0.040％，Sn≤0.03％，Als：0.016％～0.030％，N≤0.005％，O≤0.0025％，其中Cr+Ni+Cu+Mo+N≤0.25％，As+Sn≤0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。洁净钢冶炼包括转炉冶炼、精炼(LF炉精炼和RH真空处理)和方坯保护连铸的工序，具体要求如下：
(1)转炉冶炼：使用优质铁水，铁水低熔点元素成分要求：Cu≤0.06％，As≤0.040％，Sn≤0.03％，加入优质废钢。采用高拉碳工艺出钢，终点C浓度要求为0.17％～0.40％；出钢加入低氮增碳剂，出钢温度≥1650℃。
(2)LF炉精炼：加入Si-Fe粉、SiC、复合脱氧剂进行扩散脱氧，快速造还原性渣，使用石灰、合成渣调整渣的流动性。精炼渣碱度控制在2.0～5.0，精炼渣中的Al2O3≤20％，LF炉精炼处理时间≥60min；
(3)RH真空处理：不使用本钢种洗槽，真空度≤266KPa，高真空处理时间≥8min，纯脱气时间≥6分钟；喂纯钙线100～300m，软吹时间≥6分钟。
(4)方坯保护连铸：采用吹氩保护、整体式大水口浇铸，避免钢水与空气接触，具体可以采用6机6流方坯连铸机，使用整体式水口中间包和浸入式大直径(≥38mm)整体水口，全程吹氩保护浇涛，连铸坯断面尺寸160mm*160mm规格。
保护渣使用中碳钢专用保护渣，可有效避免钢坯表面出现增碳现象，中间包过热度控制在5～40℃，二冷水采用弱冷制度，采用电磁搅拌和末端电搅，电搅方式采用正反交替方式，拉速控制在1.6～2.0m/min，且中间包过热度与拉速的匹配要求为：当中间包过热度为5～20℃时，拉速为2.0～1.9m/min，当中间包过热度为20～30℃时，拉速为1.9～1.7m/min，当中间包过热度为30～40℃时，拉速为1.7～1.6m/min。
二、铸坯加热：铸坯可以红送，热装入炉加热，也可以堆冷至室温，再冷整入炉加热。通常情况下，将铸坯红送至高线加热炉进行铸坯加热，入炉温度控制为≥500℃。
加热炉各段温度为：预热段600℃～800℃，加热段1000℃～1150℃，均热段1050℃～1150℃，铸坯在加热段和均热段的总加热时间控制在100～180min；铸坯头尾加热温差要求≤30℃；加热炉内残氧含量要求≤8％。
三、高线控轧控冷轧制：采用高压水除磷，压力要求大于20MPa，确保铸坯表面氧化铁皮除磷干净。开轧温度为970℃～1030℃，预精轧(BGV入口)温度为950℃～980℃，精轧(TMB入口)温度为950℃～980℃，吐丝温度为910℃～930℃。在高速轧制时，采用中间水箱冷却，抑制因高速轧制时的升温，保证盘条获得细小的奥氏体晶粒度，为后续冷却相变获得细小的组织奠定组织基础。
在斯太尔摩风冷线上，通过设计风冷段各段的辊道速度、风机频率、
保温罩开启状态三个参数组合，控制盘条在各段风冷段的冷却速度和线环温差，控制盘条的显微组织和力学性能及其均匀性。线环冷却均匀性的控制方法为：采用较快的风冷辊道速度，拉大线环间距，减少搭接点密度，通过控制各段风机的频率，控制风量，从而控制盘条的冷却速度和减少线环搭接点与非搭接点的温差，提高盘条组织的均匀性和通条性能的均匀性。在实际操作中，线环间距控制采用公式W＝v1×π×d/v2(公式中W为线环间距；v1为辊道速度(m/s)；d为线环直径；v2为轧制速度(m/s))控制，线环间距要求≥35mm，实现同圈线环间搭接点与非搭接点的温差≤40℃。
在盘条吐丝后，加大风机频率，控制盘条相变前的冷却速度在大于7～9℃/S，盘条降低至650～590，比如650～640℃后，减小风机频率，控制盘条的冷却速度1.5～2.5℃/S。
四、盘条集卷收集。
五、PF线线上冷却。
六、钢线打包、套袋包装。
按照上述制造方法生产的弹簧钢盘条具有以下性能特征：
显微组织：索氏体+少量珠光体+少量铁素体，其中索氏体含量≥90％，索氏体片间距≤0.20μm，铁素体含量≤2.0％，奥氏体晶粒度≥10.0级，中心碳偏析≤A类1.5级。
盘条表面脱碳指标：总脱碳层比≤0.5％，无全脱碳层。
盘条力学性能：抗拉强度Rm≥1020MPa，屈服强度Rel≥850MPa，断后伸长率A≥18％，断面收缩率≥55％。
盘条夹杂物含量级别：A类≤1.5级，B类≤1.5级，C类≤1.0级，D类≤1.0级，DS类≤1.0级。
由于本申请实施例的弹簧钢盘条具有良好综合力学性能，采用该弹簧钢盘条无需中间退火处理，在拉拔润滑良好条件下，直接冷拉拔，拉拔最大的减面率达到95％，拉拔所得的拉拔钢丝经低温去应力退火处理后，断面收缩率≥35％，耐折弯疲劳寿命次数≥20次，可以直接绕制成品弹簧，大幅降低下游的弹簧钢丝和弹簧的生产成本。本申请实施例提供一种弹簧钢丝和弹簧的制造方法，其包括以下步骤：
将上述的弹簧钢盘条不经过中间退火处理，直接进行冷拉拔，拉拔最大的减面率达到95％。
将拉拔得到的拉拔钢丝经低温去应力退火处理，退火处理后的钢丝的断面收缩率≥35％，耐折弯疲劳寿命次数≥20次，得到弹簧钢丝。
将弹簧钢丝直接绕制成弹簧。
本申请实施例还提供了一种弹簧钢丝和弹簧，其采用上述的制造方法制得。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1-9
每个实施例分别提供一种盘条，其为规格5.5mm的盘条、规格6.5mm的盘条和规格8.0mm的盘条共三种规格中的一种，每个实施例采用本申请实施例上述的弹簧钢盘条的制造方法制得，但各个实施例之间的盘条的化学成分组成、洁净钢冶炼的工艺参数、铸坯加热的工艺参数、控轧控冷轧制的工艺参数、冷却的工艺参数不同。
对比例1-3
每个对比例分别提供一种盘条，其为规格5.5mm的盘条、规格6.5mm的盘条和规格8.0mm的盘条共三种规格中的一种，每个对比例采用与本申请实施例的弹簧钢盘条的制造方法类似的方法制得，不同之处在于：盘条的化学成分组成、洁净钢冶炼的工艺参数、铸坯加热的工艺参数、控轧控冷轧制的工艺参数、冷却的工艺参数不同。
上述不同实施例与对比例的不同规格的盘条化学成分组成、工艺参数如下表1-表10所示。
表1不同实施例与对比例的盘条的化学成分组成(wt％)
Figure BDA0002345494950000141
Figure BDA0002345494950000151
表2不同实施例与对比例的洁净钢冶炼的工艺参数
Figure BDA0002345494950000152
Figure BDA0002345494950000161
表3不同实施例与对比例的铸坯加热的工艺参数
Figure BDA0002345494950000162
表4不同实施例与对比例的轧制工艺参数
Figure BDA0002345494950000171
表5规格5.5mm盘条的风冷却辊道参数
辊道位置 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2
辊道速率/m/S 1.01 1.01 1.03 1.03 1.10 1.10 1.15 1.15 1.20 1.20
风机频率/HZ 48 48 46 46 43 43 38 38 32 32
保温罩 开 开 开 开 开 开 开 开 开 开
辊道位置 6-1 6-2 7-1 7-2 8-1 8-2 9-1 9-2 10-1 10-2
辊道速率/m/S 1.15 1.15 1.10 1.10 1.00 1.00 0.95 0.95 0.90 0.90
风机频率/m/S 28 28 0 0 0 0 0 0 0 0
保温罩 开 开 开 开 开 开 开 开 开 开
表6规格6.5mm盘条的风冷却辊道参数
辊道位置 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2
辊道速率/m/S 1.30 1.30 1.35 1.35 1.40 1.40 1.45 1.45 1.50 1.50
风机频率/HZ 50 50 48 48 45 45 40 40 35 35
保温罩 开 开 开 开 开 开 开 开 开 开
辊道位置 6-1 6-2 7-1 7-2 8-1 8-2 9-1 9-2 10-1 10-2
辊道速率/m/S 1.45 1.45 1.40 1.40 1.35 1.35 1.30 1.30 1.25 1.25
风机频率/m/S 30 30 0 0 0 0 0 0 0 0
保温罩 开 开 开 开 开 开 开 开 开 开
表7规格8.0mm盘条的风冷却辊道参数
辊道位置 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2
辊道速率/m/S 1.40 1.40 1.45 1.45 1.50 1.50 1.55 1.55 1.60 1.60
风机频率/HZ 50 50 50 50 48 48 45 45 40 40
保温罩 开 开 开 开 开 开 开 开 开 开
辊道位置 6-1 6-2 7-1 7-2 8-1 8-2 9-1 9-2 10-1 10-2
辊道速率/m/S 1.55 1.55 1.50 1.50 1.45 1.45 1.40 1.40 1.35 1.35
风机频率/m/S 35 35 0 0 0 0 0 0 0 0
保温罩 开 开 开 开 开 开 开 开 开 开
表8规格5.5mm盘条的风冷辊道温度及冷却速度
Figure BDA0002345494950000181
表9规格6.5mm盘条的风冷辊道温度及冷却速度
Figure BDA0002345494950000182
Figure BDA0002345494950000191
表10规格8.0mm盘条的风冷辊道温度及冷却速度
Figure BDA0002345494950000192
以下对不同实施例与对比例的不同规格的盘条的力学性能、显微组织进行检测，结果如下表11-表13所示。
表11不同实施例与对比例的盘条的力学性能
项目 规格/mm 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率/％ 断面收缩率/％
实施例1 5.5 850 1085 21.5 61.5
实施例2 6.5 845 1075 22.5 59.5
实施例3 8.0 835 1065 20.5 55.0
实施例4 5.5 830 1055 23.5 60.5
实施例5 6.5 840 1060 22.5 56.5
实施例6 8.0 835 1070 21.5 57.5
实施例7 5.5 840 1065 21.5 60.0
实施例8 6.5 820 1045 22.5 56.5
实施例9 8.0 815 1055 22.0 58.0
对比例1 5.5 750 990 15.5 45.0
对比例2 6.5 730 960 13.5 35.0
对比例3 8.0 720 970 14.5 32.0
对比例4 5.5 745 958 13.0 31.5
对比例5 5.5 755 1010 14.0 32.0
表12不同实施例与对比例的盘条的显微组织
Figure BDA0002345494950000201
注：显微组织中S表示索氏体，P表示珠光体，F表示铁素体。
图1为实施例1的盘条的显微组织电镜图，图2、图3和图4分别为实施例1的盘条的边缘组织、1/4区域组织和心部区域组织的金相图。
表13不同实施例与对比例的盘条的脱碳与夹杂物含量级别
Figure BDA0002345494950000202
Figure BDA0002345494950000211
以下对不同实施例与对比例的不同规格的盘条的冷拉拔性能进行检测，试验方法和结果如下所示。
1、规格5.5mm盘条的冷拉拔性能试验
冷拉拔工艺：规格5.5mm盘条—酸洗—磷化—七道次连续拉至2.2mm—收线—水拉机7道次连续拉拔至1.2mm—成品钢丝收线—拉拔钢丝低温去应力退火。
2、规格6.5mm盘条的冷拉拔性能试验
冷拉拔工艺：规格6.5mm盘条—酸洗—磷化—七道次连续拉至2.2mm—收线—水拉机7道次连续拉拔至1.4mm—成品钢丝收线—拉拔钢丝低温去应力退火。
3、规格8.0mm盘条的冷拉拔性能试验
冷拉拔工艺：规格8.0mm盘条—酸洗—磷化—七道次连续拉至2.2mm—收线—水拉机7道次连续拉拔至1.7mm—成品钢丝收线—拉拔钢丝低温去应力退火。
表14不同实施例与对比例的盘条的冷拉拔性能结果
Figure BDA0002345494950000212
Figure BDA0002345494950000221
由上述结果可知，本申请实施例通过化学成分设计，结合洁净钢冶炼工艺、铸坯加热工艺和控轧控冷轧制工艺等关键工艺的改进，能够制得具有良好综合力学性能的盘条，该盘条可以不经中间退火，直接冷拉拔大变形量生产细弹簧钢丝，冷拉拔最大减面率可达95％，成品拉拔钢丝经低温去应力退火后，拉拔钢丝可不进行油淬回火处理，也能保证钢丝的耐拆弯疲劳性能要求，大幅降低下游成品弹簧的生产成本。
综上所述，本申请实施例的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条、弹簧钢丝、弹簧及制造方法，开发出具有良好综合力学性能、尤其是良好的断面收缩率的低合金弹簧钢盘条，盘条可以不经中间退火，直接冷拉拔大变形量生产细弹簧钢丝，冷拉拔钢丝可以不进行油淬回火处理，也能保证钢丝的耐拆弯疲劳性能要求，直接绕制成弹簧，大幅降低生产成本。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条，其特征在于，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.65%~0.70%，Si：0.32%~0.39%，Mn：0.98%~1.20%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr≤0.10%，Ni≤0.10%，Cu≤0.06%，Mo≤0.01%，As≤0.040%，Sn≤0.03%，Als：0.016%~0.029%，N≤0.005%，O≤0.0025%，其中Cr+Ni+Cu+Mo+N≤0.25%，As+Sn≤0.06%，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述弹簧钢盘条的显微组织包括索氏体、珠光体和铁素体，其中索氏体的面积占比≥90%，索氏体片间距≤0.20μm，铁素体的面积占比≤2.0%，奥氏体晶粒度≥10.0级，中心碳偏析≤A类1.5级。
2.根据权利要求1所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条，其特征在于，所述弹簧钢盘条的总脱碳层比≤0.5%，无全脱碳层。
3.根据权利要求1所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条，其特征在于，所述弹簧钢盘条的抗拉强度≥1020MPa，屈服强度≥850MPa，断后伸长率≥18%，断面收缩率≥55%。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，其包括以下工序：洁净钢冶炼、铸坯加热、控轧控冷轧制、冷却，其中所述洁净钢冶炼包括转炉冶炼、精炼和方坯保护连铸的工序，所述方坯保护连铸的中间包过热度控制在5~40℃，拉速控制在1.6~2.0m/min，且所述中间包过热度与所述拉速的匹配要求为：当所述中间包过热度为5~20℃时，所述拉速为2.0~1.9m/min，当所述中间包过热度为20~30℃时，所述拉速为1.9~1.7m/min，当所述中间包过热度为30~40℃时，所述拉速为1.7~1.6m/min；
所述控轧控冷轧制的吐丝温度为910℃~930℃。
5.根据权利要求4所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，所述铸坯加热的加热炉各段温度为：预热段600℃~800℃，加热段1000℃~1150℃，均热段1050℃~1150℃，铸坯在加热段和均热段的总加热时间控制在100~180min；铸坯头尾加热温差要求≤30℃；加热炉内残氧含量要求≤8%。
6.根据权利要求4所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧控冷轧制的开轧温度为970℃~1030℃，预精轧温度为950℃~980℃，精轧温度为950℃~980℃，吐丝温度为910℃~930℃。
7.根据权利要求4或6所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧控冷轧制在吐丝后冷却，盘条在相变前的冷却速度控制在大于7~9℃/S，当盘条温度降低至650~590℃后，盘条的冷却速度控制在1.5~2.5℃/S。
8.根据权利要求4所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，所述转炉冶炼采用高拉碳工艺出钢，终点C浓度要求为0.17%~0.40%；出钢加入低氮增碳剂，出钢温度≥1650℃。
9.根据权利要求4或8所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，所述精炼包括LF精炼、RH炉真空处理，其中所述LF精炼的精炼渣碱度控制在2.0~5.0，精炼渣中的Al2O3≤20%，精炼处理时间≥60min；所述RH炉真空处理的真空度≤266KPa，高真空处理时间≥8min，纯脱气时间≥6分钟，喂纯钙线100~300m，软吹时间≥6分钟。
10.根据权利要求4所述的具有深冷拉拔性能的弹簧钢盘条的制造方法，其特征在于，将铸坯红送至高线加热炉进行铸坯加热，入炉温度控制为≥500℃。
11.一种弹簧钢丝的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将如权利要求1至3中任一项所述的弹簧钢盘条不经过中间退火处理，直接进行冷拉拔，拉拔最大的减面率达到95%；
将拉拔所得的拉拔钢丝经低温去应力退火处理，退火处理后的钢丝的断面收缩率≥35%，耐折弯疲劳寿命次数≥20次。
12.一种弹簧钢丝，其特征在于，其采用如权利要求11所述的弹簧钢丝的制造方法制得。
13.一种弹簧，其特征在于，其采用如权利要求12所述的弹簧钢丝直接绕制成。
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