CN111394559A - 一种弹簧钢棒材的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹簧钢棒材的生产方法，采用了二火成材弹簧钢棒材的轧钢生产工艺，该工艺无需对方坯进行全修磨，通过对工艺过程中各参数的控制，可实现对于表面全脱碳为0、弹簧钢总脱碳层深度≤1％Dmm的中高碳合金弹簧钢棒材的生产；并可大幅度提高弹簧钢组织均匀性、细化热轧态弹簧钢组织，有效晶粒尺寸≤10μm；适用于所有表面无全脱碳的C含量在0.4％～0.7％、Si含量在2.0％以下的中高碳合金弹簧钢棒材的生产。

Description

一种弹簧钢棒材的生产方法
技术领域
本发明属于轧钢工艺领域，具体涉及一种弹簧钢棒材的生产方法。
背景技术
弹簧作为三大基础机械零件之一，作用极其重要，主要是在冲击、振动或承受长期均匀的周期性交变应力的条件下工作。工作环境如高温、低温、腐蚀等十分复杂恶劣。因此弹簧钢必须具备优良的综合性能。随着汽车的轻量化和高性能化，以及火车提速，对弹簧钢综合性能的要求也在不断提高，特别是提高弹簧钢的强度、延长疲劳寿命。并且要求弹簧在尺寸规格不变的情况下，设计应力能达到1100MPa，疲劳寿命要由原来的100万次提高到200万次甚至300万次以上。
而影响弹簧钢疲劳强度的主要因素包括硬度、表面缺陷、表面脱碳、非金属夹杂物、组织均匀性等，尤其是表面全脱碳层和组织均匀性严重影响弹簧的疲劳性能。有数据分析表面，表面存在0.1mm全脱碳层时，疲劳性能将降低70％以上，而组织不均匀可能会导致淬火硬度偏低，导致疲劳性能降低30％以上。此外，弹簧表面存在全脱碳及组织不均匀还容易导致弹簧在绕簧过程中发生断裂。
目前，弹簧制造工艺主要分为热绕簧和冷绕簧，无论哪种绕簧方式，为防止表面脱碳，提高弹簧疲劳性能，大都在弹簧钢表面车削加工后采用加热速率较快的中高频感应加热方式加热进行绕簧及热处理。而弹簧钢一般均为中高碳钢，常规轧制工艺及冷却工艺条件下，弹簧钢均需进行全修磨处理，而全修磨工序成本吨钢200元，增加弹簧钢生产成本和能耗，降低生产效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种弹簧钢棒材的生产方法。该方法可实现对于表面全脱碳为0、弹簧钢总脱碳层深度≤1％Dmm的中高碳合金弹簧钢棒材的生产；并可大幅度提高弹簧钢组织均匀性、细化热轧态弹簧钢组织，有效晶粒尺寸≤10μm；热轧态组织均为退化珠光体+少量弥散分布的细小先共析铁素体，热轧态弹簧钢硬度≤270HBW，满足直接车削加工要求。
本发明采取的技术方案为：
一种弹簧钢棒材的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
(1)连铸坯入坑缓冷，弹簧钢为中高合金钢，铸坯采用入坑缓冷工艺，可控制冷却速度，避免表面开裂；
(2)连铸坯加热：冷坯入炉进行加热，预热段<800℃，加热一段温度900～1080℃，加热二段温度1220～1260℃，均热段温度1230～1280℃；
(3)连铸坯轧制成方坯，轧制完成后进行堆冷；
(4)方坯加热：冷的方坯入炉加热，预热段<800℃，加热一段温度900～1000℃，加热二段温度1000～1060℃，均热段温度980～1050℃；
(5)加热后的方坯进行控制轧制，得到棒材；
(6)棒材上冷床进行控制冷却。
进一步地，步骤(1)中，所述缓冷的时间大于48h。
步骤(2)中，残氧控制≤8％；总加热时间270～350min，均热段时间120～160min。
步骤(3)中，开轧温度1100～1180℃，终轧温度大于80℃。
步骤(4)中，残氧控制≤4％；总加热时间180～300min，均热时间40～50min。
步骤(5)中，开轧温度940～990℃，终轧温度780～830℃。弹簧钢为亚共析钢，奥氏体冷却过程中先共析铁素体析出曲线和珠光体的析出曲线没有完全分开，弹簧钢中先共析铁素体析出温度在700～900℃之间，本发明将终轧温度控制在780-830℃，可以起到细化晶粒作用，提高先共析铁素体量。
步骤(6)中，上冷床温度670～720℃，弹簧钢的珠光体转变开始温度700～770℃，本发明将上冷床温度控制670～720℃之间，以降低珠光体开始转变温度，降低高温转变的贝氏体量，减小硬度。
所述连铸坯为
Figure BDA0002454366050000031
连铸圆坯；所述方坯的规格为250mm。
所述生产方法生产得到的弹簧钢棒材表面无全脱碳，总脱碳层深度≤1％Dmm。
所述生产方法生产得到的弹簧钢棒材有效晶粒尺寸≤10μm，金相组织为珠光体+铁素体，具体为退化珠光体+少量弥散分布的细小先共析铁素体；其硬度≤270HBW。
本发明提供的生产工艺中，在连铸坯加热步骤中，采用高温加热方法控制脱C层，弹簧钢在1200℃以上时，表面氧化速度大于脱C速度，本发明将连铸坯的均热段的温度控制在1230～1280℃，均热段加热时间控制在120～160min，这样既能控制住表面脱C层，又能避免氧化烧损大，同时保证铸坯合金高温扩散时间，改善偏析，有利于提高产品内部质量，而国内一般采用低温加热来控制弹簧钢表面脱C层深度，均热段温度不超过1100℃,其缺点是碳化物扩散不均匀，轧机负荷大，形变不均匀，性能不稳定。
在方坯加热步骤中，采用低温加热控制脱C层，钢坯加热到奥氏体区即可出钢，本发明设置均热温度范围为980～1050℃，在轧机剪机等设备负载满足条件下，温度越低越好，并将方坯的总加热时间控制在180～300min，如果加热时间超过300分钟，棒材表面脱C层深度会大于1％Dmm，导致弹簧钢棒材的性能变差。
本发明采用了二火成材弹簧钢棒材的轧钢生产工艺，该工艺无需对方坯进行全修磨，适用于所有表面无全脱碳的C含量在0.4％～0.7％、Si含量在2.0％以下的中高碳合金弹簧钢棒材的生产；本发明通过控制各生产工艺步骤中的参数，可生产得到表面全脱碳为0、弹簧钢总脱碳层深度≤1％Dmm的弹簧钢棒材，并可大幅度提高弹簧钢组织均匀性、细化热轧态弹簧钢组织，其有效晶粒尺寸≤10μm；热轧态组织均为退化珠光体+少量弥散分布的细小先共析铁素体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)取消了方坯全扒皮工序，简化了工序，降低了成本，全修磨工序成本吨钢200元，含金属损失。按一年生产5000吨计算，可降本100万元；
(2)铸坯采用高温加热工艺，保证高温段加热温度、时间，利用高温下钢坯表面氧化速度大于脱C速度来减小方坯表面脱C层深度；
(3)方坯采用低温加热工艺，采用低温加热，控制低温加热温度、时间，减棒材表面脱C层深度,低温轧制表面氧化铁皮薄，棒材表面质量良好；
(4)棒材轧制采用控制轧制和控制冷却，快速通730～900℃脱C敏感区，减少棒材轧制过程中产生的脱C层深度。
附图说明
图1为实施例1中的弹簧钢棒材的脱碳层的组织图；
图2为实施例2中的弹簧钢棒材的金相组织图；
图3为实施例3中的弹簧钢棒材的奥氏体金相组织图；
图4为实施例5中的弹簧钢棒材的晶粒尺寸图；
图5为对比例1中的弹簧钢棒材的晶粒尺寸图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1-10
一种由
Figure BDA0002454366050000052
连铸圆坯生产二火材60Si2CrVAT弹簧钢棒材的方法，包括以下步骤：
(1)连铸坯入坑缓冷，缓冷时间大于48小时；
(2)连铸坯加热：冷坯入炉进行加热，预热段<800℃，加热一段温度900～1080℃，加热二段温度1220～1260℃，均热段温度1230～1280℃；残氧控制≤8％；总加热时间270～350分钟，均热段时间120～160分钟；
(3)连铸坯轧制：开轧温度1100～1180℃，终轧温度大于880℃，轧制250mm方坯，下线堆冷，200℃以下拆垛检查；
(4)方坯加热：冷坯入炉，预热段<800℃，一加段温度900～1000℃，二加段温度1000～1060℃，均热段980～1050℃；残氧控制≤4％；总加热时间180～300分钟，均热时间40～50分钟；
(5)加热后的方坯进行控制轧制：开轧温度940～990℃，终轧温度780～830℃，轧制成
Figure BDA0002454366050000053
规格棒材；
(6)控制冷却：终轧后进行控制冷却，上冷床温度670～720℃。
具体的，各实施例中的具体工艺参数控制如表1所示。
表1生产工艺参数
Figure BDA0002454366050000051
Figure BDA0002454366050000061
该实施例中250mm方坯未做全修磨处理，该实施例制备的
Figure BDA0002454366050000073
规格的棒材产品性能和表面质量均合格。此工艺生产的产品特点是晶粒度细小，组织均匀，表面脱C有效控制在0.6～0.9％D之间。对比案例中，方坯轧制时采用常规高温轧制工艺，各项性能指标低于此工艺，关键指标见下表2，性能见表3。
表2
Figure BDA0002454366050000071
表3
Figure BDA0002454366050000072
Figure BDA0002454366050000081
实施例11-20
一种由
Figure BDA0002454366050000084
连铸圆坯生产二火材55Cr3弹簧钢棒材的方法，包括以下步骤：
(1)连铸坯入坑缓冷，缓冷时间大于48小时；
(2)连铸坯加热：冷坯入炉进行加热，预热段<800℃，加热一段温度900-1080℃，加热二段温度1220-1260℃，均热段温度1230-1280℃；残氧控制≤8％；总加热时间270-350分钟，均热段时间120-160分钟；
(3)连铸坯轧制：开轧温度1100-1180℃，终轧温度大于80℃，轧制250mm方坯，下线堆冷，200℃以下拆垛检查；
(4)方坯加热：冷坯入炉，预热段<800℃，一加段温度900-1000℃，二加段温度1000-1060℃，均热段980-1050℃；残氧控制≤4％；总加热时间180～300分钟，均热时间40分钟；
(5)加热后的方坯进行控制轧制：开轧温度940～990℃，终轧温度780～830℃，轧制成
Figure BDA0002454366050000082
规格棒材；
(6)控制冷却：终轧后进行控制冷却，上冷床温度670-720℃。
该实施例中250mm方坯未做全修磨处理，该实施例制备的
Figure BDA0002454366050000083
规格的棒材产品性能和表面质量均合格。此工艺生产的产品特点是热轧态硬度均小于270HBW，晶粒度细小，组织均匀，表面脱C有效控制在0.6-0.9％D之间，关键指标见下表4。
表4
Figure BDA0002454366050000091
采用本发明的生产方法同样进行了由
Figure BDA0002454366050000092
连铸圆坯生产二火材54SiCr6弹簧钢棒材，得到的棒材产品性能和表面质量也均合格。
上述参照实施例对一种弹簧钢棒材的生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹簧钢棒材的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
(1)连铸坯入坑缓冷；
(2)冷坯入炉进行加热，预热段<800℃，加热一段温度900～1080℃，加热二段温度1220～1260℃，均热段温度1230～1280℃；
(3)连铸坯轧制成方坯，轧制完成后进行堆冷；
(4)冷的方坯入炉加热，预热段<800℃，加热一段温度900～1000℃，加热二段温度1000～1060℃，均热段温度980～1050℃；
(5)加热后的方坯进行控制轧制，得到棒材；
(6)棒材上冷床进行控制冷却。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述缓冷的时间大于48h。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，残氧控制≤8％；总加热时间270～350min，均热段时间120～160min。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，开轧温度1100～1180℃，终轧温度大于880℃。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，残氧控制≤4％；总加热时间180～300min，均热时间40～50min。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中，开轧温度940～990℃，终轧温度780～830℃。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(6)中，上冷床温度670-720℃。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述连铸坯为
Figure FDA0002454366040000011
连铸圆坯；所述方坯的规格为250mm。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法生产得到的弹簧钢棒材表面无全脱碳，总脱碳层深度≤1％Dmm。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法生产得到的弹簧钢棒材有效晶粒尺寸≤10μm，金相组织为珠光体+铁素体；其硬度≤270HBW。
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