CN111349846A

CN111349846A - 一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法

Info

Publication number: CN111349846A
Application number: CN201811563623.4A
Authority: CN
Inventors: 冯跃平; 王建新; 陈海军; 张建新; 李刚
Original assignee: Xinjiang Bayi Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Bayi Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-30

Abstract

本发明公开了一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法，1、弹簧扁钢的化学成分百分比含量设计：C：0.46‑0.54、Si：0.18‑0.45、Mn：0.65‑1.05、Cr：0.80‑1.15、V：0.04‑0.12、Mo：0.10‑0.30、Nb：0.015‑0.06、Ni：≤0.20、Cu：≤0.20、P：≤0.025、S：≤0.020；转炉冶炼：（1）终点控制目标；（2）150t出钢目标时间t≥4.5min，LF精炼时间不小于40min，白渣精炼时间不小于15 min，喂钙线150－300m/炉，软吹时间不小于10min；连铸浇注：采用两段电磁搅拌，结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌；中包过热度控制目标：第一炉≤80℃、连浇炉次10～35℃；小型轧制。

Description

一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法。

背景技术

弹簧是机动车的重要零件之一，用来承受车辆上部的重量或起缓冲作用。弹簧扁钢使用环境恶劣，在使用过程中，其质量的好坏，直接关系到机动车的性能行车安全。所以对弹簧扁钢强度、疲劳极限及冲击韧性要求较高。目前采用较多的生产工艺是：转炉冶炼—LF精炼—连铸—连轧生产工艺 ,弹簧扁钢的产量也在逐步得到提高，生产弹簧扁钢的钢种主要有60Si2Mn、50CrVA、SUP9、SUP9A、51CrV4、52CrMnA等。随着机械工业的不断发展，弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备,对弹簧钢的综合性能提出了更高的要求，既要满足高强度又要保证高韧性。在国标GB/T 1222-2016弹簧钢所列出的钢种牌号中，只有一个牌号能全部满足以上要求，这个牌号是40SiMnVBE，已经获得专利授权，受到专利保护。除此之外抗拉强度、屈服强度能达到要求的牌号有60Si2Mn、60Si2Cr、56Si2MnCr、55SiCrV、60Si2CrV、60Si2MnCrV，但其断后伸缩率或断面伸缩率不能满足要求；而断后伸缩率(%)满足要求的牌号，其抗拉强度、屈服强度达不到要求。

成分设计是产品开发的前提和基础，查阅有关资料（上海大学史美堂主编的金属材料与热处理，上海科技技术出版社），对钢中主要化学元素的作用进行了以下分析。

合金弹簧钢的化学成分有以下特点：

①为保证高的弹性极限和疲劳极限，弹簧钢的含碳量应比调质钢高，碳是主要的强化元素，碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，它与强碳化物形成元素形成碳化物析出时，起沉淀强化作用，一般为 0.45%～0.70%。含碳量过高，塑性、韧性降低，易发生脆断，疲劳抗力也下降。

②加入以 Si、Mn 为主提高淬透性的元素，同时也提高屈强比，强化铁素体基体和提高回火稳定性。

③加入 Cr、W、V 为辅加合金元素，克服 Si、Mn 钢的不足(过热、石墨化倾向)。此外，弹簧钢的净化对疲劳强度有很大的影响，所以弹簧钢均为优质钢或高级优质钢。

钒、铌、钛强烈阻碍奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用。一方面它们细化晶粒, 提高钢的屈服强度,另一方面它们固溶基体金属中提高抗拉强度。但由于钛比较活跃，易于氧化，暂不考虑钛元素。

（5）磷、硫及残余元素

磷、硫等有害元素，含量越低越好；钢中的残余元素铜、镍的含量均不得大于0.20%。

综合以上分析，可以通过选择常见的合金元素添加在钢中来提高弹簧扁钢的强度和韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法，该方法可以生产出具有高强度、高韧性要求的新型牌号的弹簧扁钢，丰富弹簧扁钢品种。

本发明的目的是这样实现的，一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法，1、弹簧扁钢的化学成分百分比含量设计：C：0.46-0.54、Si：0.18-0.45、Mn：0.65-1.05、Cr：0.80-1.15、V：0.04-0.12、Mo：0.10-0.30、Nb：0.015-0.06、Ni：≤0.20、Cu：≤0.20、P：≤0.025、S：≤0.020；2、工艺流程：150t转炉—150t LF精炼—方坯连铸—小型轧制—检验—标识—入库；3、转炉冶炼：（1）终点控制目标：［C］≥0.10％，［P］≤0.010％，［S］≤0.020%；（2） 150t出钢目标时间 t≥4.5min，挡渣出钢，严格控制下渣量，渣层厚度≤100mm；（3）炉后脱氧剂选择电石、铝铁、硅钙钡，根据现场实际可进行微调；（4）合金选择：硅锰合金、硅铁、铝铁、钒铁、铬铁、钼铁、铌铁等进行合金化；4、 LF精炼： LF 精炼时间不小于 40min，白渣精炼时间不小于 15 min，喂钙线150－300m/炉，软吹时间不小于 10min； 5 、连铸浇注：（1）连铸应做好全程保护浇注，大包长水口及中包浸入式水口均采用密封垫+氩封保护，严禁敞开浇注；（2）新钢包、小修钢包不得用于连浇的第一炉；（3）采用两段电磁搅拌，结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌；（4）中包过热度控制目标：第一炉 ≤80℃ 、连浇炉次 10～35℃；（5）连铸的最高拉速：不大于2.4m/min；6、小型轧制：

（1）扁钢截面尺寸的允许偏差如下：

注：r只在孔型上控制，不做验收条件；

（2）扁钢每米长度的弯曲如下：弯曲方向：侧弯，弯曲度≤3.0mm，弯曲方向：平弯，弯曲度≤5.0。

本方法的效果验证：

按照本技术方案，生产的规格28×90、31×90弹簧扁钢的力学性能检测结果见表1～4。抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率等力学性能全部满足要求。

弹簧扁钢表面无裂纹、折叠、结疤、夹杂等缺陷。

、化学成分

生产4批钢，批号分别是18C01599、18C03459、18C03460、18C03461，化学成分全部达到设计范围内。

、力学性能

力学性能检测结果见表1。

尺寸及表面质量、低倍、夹杂物、奥氏体晶粒度和脱碳层等检测指标全部达到GB/T1222-2016弹簧钢国家标准，见表2～4。

A、B、C、D类夹杂物分别属硫化物类、氧化铝类、硅酸盐类、球状氧化物类。

3、疲劳试验

疲劳寿命是弹簧扁钢承受交变工作应力能力的重要参数, GB/T1222国标没有对弹簧扁钢提出具体疲劳寿命的要求,但国内用户最低要求疲劳寿命不小于 8万次; 个别厂先期提出了疲劳寿命 10万次以上的目标。对此次新开发的弹簧扁钢进行疲劳寿命试验,规格31×90的弹簧扁钢采用应力抛丸处理，疲劳在13～15万次。

从以上所有检测结果可以看出，按照本发明要求生产的弹簧扁钢，能够满足高强度、高韧性的性能要求。

具体实施方式

一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法，1、弹簧扁钢的化学成分百分比含量设计：C：0.48-0.52、Si：0.27-0.37、Mn：0.85-1.00、Cr：0.91-1.05、V：0.09-0.10、Mo：0.18-0.24、Nb：0.03-0.05、Ni：≤0.20、Cu：≤0.20、P：≤0.025、S：≤0.020；2、工艺流程：150t转炉—150t LF精炼—方坯连铸—小型轧制—检验—标识—入库；3、转炉冶炼：（1）终点控制目标：［C］≥0.10％，［P］≤0.010％，［S］≤0.020%；（2） 150t出钢目标时间 t≥4.5min，挡渣出钢，严格控制下渣量，渣层厚度≤100mm；（3）炉后脱氧剂选择电石、铝铁、硅钙钡，根据现场实际可进行微调；（4）合金选择：硅锰合金、硅铁、铝铁、钒铁、铬铁、钼铁、铌铁等进行合金化；4、 LF精炼： LF 精炼时间60min，白渣精炼时间25 min，喂钙线150－300m/炉，软吹时间20min； 5 、连铸浇注：（1）连铸应做好全程保护浇注，大包长水口及中包浸入式水口均采用密封垫+氩封保护，严禁敞开浇注；（2）新钢包、小修钢包不得用于连浇的第一炉；（3）采用两段电磁搅拌，结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌；（4）中包过热度控制目标：第一炉 ≤80℃、连浇炉次 10～35℃；（5）连铸的最高拉速：不大于2.4m/min；6、小型轧制：

（1）扁钢截面尺寸的允许偏差如下：

注：r只在孔型上控制，不做验收条件；

Claims

1.一种高强度、高韧性弹簧扁钢的生产方法，其特征在于：1、弹簧扁钢的化学成分百分比含量设计：C：0.46-0.54、Si：0.18-0.45、Mn：0.65-1.05、Cr：0.80-1.15、V：0.04-0.12、Mo：0.10-0.30、Nb：0.015-0.06、Ni：≤0.20、Cu：≤0.20、P：≤0.025、S：≤0.020；2、工艺流程：150t转炉—150t LF精炼—方坯连铸—小型轧制—检验—标识—入库；3、转炉冶炼：（1）终点控制目标：［C］≥0.10％，［P］≤0.010％，［S］≤0.020%；（2） 150t出钢目标时间 t≥4.5min，挡渣出钢，严格控制下渣量，渣层厚度≤100mm；（3）炉后脱氧剂选择电石、铝铁、硅钙钡，根据现场实际可进行微调；（4）合金选择：硅锰合金、硅铁、铝铁、钒铁、铬铁、钼铁、铌铁等进行合金化；4、 LF精炼： LF 精炼时间不小于 40min，白渣精炼时间不小于 15 min，喂钙线150－300m/炉，软吹时间不小于 10min； 5 、连铸浇注：（1）连铸应做好全程保护浇注，大包长水口及中包浸入式水口均采用密封垫+氩封保护，严禁敞开浇注；（2）新钢包、小修钢包不得用于连浇的第一炉；（3）采用两段电磁搅拌，结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌；（4）中包过热度控制目标：第一炉 ≤80℃ 、连浇炉次 10～35℃；（5）连铸的最高拉速：不大于2.4m/min；6、小型轧制：扁钢截面尺寸的允许偏差如下：

，

注：r只在孔型上控制，不做验收条件；（2）扁钢每米长度的弯曲如下：弯曲方向：侧弯，弯曲度≤3.0mm，弯曲方向：平弯，弯曲度≤5.0。