CN112893794A - 高表面质量弹簧钢盘条及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高表面质量弹簧钢盘条及其生产方法。所述生产方法包括铁水预脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、大方坯连铸、开坯、修磨、高线轧制、风冷和打包；在大方坯连铸工序中，中间包过热度为20～30℃，增氮量≤0.0002％，结晶器液位波动小于2mm，矫直段的铸坯表面温度≥920℃；修磨工序中，边部修磨深度≥1.2mm，角部修磨深度≥1.5mm；高线连轧工序中，加热炉温度≤1070℃，高压水除鳞的水压≥15MPa，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm；盘条和打包线之间采用柔性耐磨材料间隔开。盘条的表面裂纹最大深度≤40μm、脱碳层最大深度为直径的0.50％，表面划线总长度不超过盘条长度的10％。

Description

高表面质量弹簧钢盘条及其生产方法

技术领域

本发明属于钢材生产技术领域，涉及一种高表面质量弹簧钢盘条及其生产方法。

背景技术

弹簧是重要的基础件，广泛应用于汽车、机械、铁路等领域。作为安全性承载部件，弹簧在服役过程中的失效方式主要是疲劳断裂。对悬架弹簧而言，疲劳断裂的主要原因是表面缺陷，由于弹簧在服役过程中要承担高周交变载荷，服役条件苛刻，表面缺陷往往会成为弹簧的裂纹源，在交变载荷的作用下，裂纹逐渐扩展，并最终导致弹簧断裂。

弹簧的表面缺陷大部分来源于原材料——弹簧钢盘条，弹簧钢盘条的表面质量对于弹簧的安全寿命往往有决定性的影响。盘条生产流程长、工艺过程复杂，很容易出现表面缺陷，而裂纹、脱碳、划线是最常见的表面缺陷。由于这些表面缺陷在弹簧服役过程中会被“放大”，因此，弹簧钢盘条对表面缺陷的敏感度远远超过普通盘条，而尽量消除裂纹、脱碳、划线等表面缺陷，提高表面质量也一直是弹簧钢盘条开发的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高表面质量弹簧钢盘条及其生产方法。

为实现上述发明目的，一实施方式提供了一种高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，其包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序；其中：

在所述大方坯连铸工序中，中间包过热度为20～30℃，连铸过程的增氮量≤0.0002％，结晶器液位波动小于2mm，矫直段的铸坯表面温度≥920℃；

在所述修磨工序中，对中间坯进行全修磨处理，边部修磨深度≥1.2mm，角部修磨深度≥1.5mm；

所述高线连轧工序中，将中间坯在加热炉中进行加热，加热炉温度≤1070℃，中间坯出加热炉之后采用高压水除鳞，水压≥15MPa，轧制过程中采用在线表面缺陷检测仪对盘条表面实时进行在线表面缺陷检测，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm；

所述打包工序中，盘条和打包线之间采用柔性耐磨材料间隔开。

优选地，所述高线连轧工序中，将中间坯轧制成直径为5～17mm的盘条。

优选地，所述高线连轧工序中，中间坯在加热炉中的在炉时间≤120min。

优选地，在所述开坯工序中，将连铸坯在加热炉中加热后进行开坯，加热炉温度≥1250℃，在炉时间≥200min。

优选地，在所述大方坯连铸工序中，使用弹簧钢专用保护渣，连铸过程的增氮量为0.0001～0.0002％，结晶器液位波动为1～2mm。

为实现上述发明目的，一实施方式提供了一种高表面质量弹簧钢盘条，其采用所述生产方法制备而成。

优选地，所述盘条的表面裂纹最大深度≤40μm。

优选地，所述盘条的脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％。

优选地，所述盘条的经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％。

为实现上述发明目的，一实施方式提供了一种高表面质量弹簧钢盘条，所述盘条的表面裂纹最大深度≤40μm、脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％，并且，盘条经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％；其可以采用包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序的工艺路线制备而成；其中：

在所述大方坯连铸工序中，中间包过热度为20～30℃，连铸过程的增氮量≤0.0002％，结晶器液位波动小于2mm，矫直段的铸坯表面温度≥920℃；

在所述修磨工序中，对中间坯进行全修磨处理，边部修磨深度≥1.2mm，角部修磨深度≥1.5mm；

所述高线连轧工序中，将中间坯在加热炉中进行加热，加热炉温度≤1070℃，中间坯出加热炉之后采用高压水除鳞，水压≥15MPa，轧制过程中采用在线表面缺陷检测仪对盘条表面实时进行在线表面缺陷检测，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm；

所述打包工序中，盘条和打包线之间采用柔性耐磨材料间隔开。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过对大方坯连铸工序、修磨工序、高线连轧工序以及打包工序的控制，使所得盘条的表面裂纹最大深度≤40μm、脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％，并且，盘条经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％，由此，相对现有弹簧钢盘条在裂纹、脱碳、擦伤等表面缺陷方面均得到改善，实现对盘条表面质量的全方面管控，而且控制成本低，在高品质弹簧制造领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

本实施方式提供了一种高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，以及采用所述生产方法制备而成的高表面质量弹簧钢盘条。

具体地，所述生产方法包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序，也即，该弹簧钢盘条可以采用包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序的工艺路线制备而成。

在所述大方坯连铸工序中，使用弹簧钢专用保护渣，中间包过热度为20～30℃，连铸过程的增氮量≤0.0002％，结晶器液位波动小于2mm，如此，可以有效控制夹杂物，并且防止外来夹杂物影响表面质量；矫直段的铸坯表面温度≥920℃，以避免钢材在脆性区产生矫直裂纹。整体上，本实施方式的大方坯连铸工序与后续的高线连轧工序相结合，共同实现对裂纹缺陷的消除，降低甚至避免盘条表面出现裂纹缺陷。

在所述修磨工序中，对开坯后的中间坯进行全修磨处理，边部修磨深度≥1.2mm，角部修磨深度≥1.5mm。其中，开坯工序中，可以将连铸坯在加热炉中加热后进行开坯，加热炉温度≥1250℃，在炉时间≥200min。经过开坯工序的高温加热，中间坯表面会无可避免地形成脱碳层，本实施方式，能够在保证较低的成本增量情况下，基本上消除钢坯的脱碳层，以利于后续高线连轧工序中对表面质量的控制实施。

在所述高线连轧工序中，将中间坯在加热炉中进行加热，加热炉温度≤1070℃，优选地在炉时间≤120min，如此可以显著减小该加热过程导致的脱碳层厚度；中间坯出加热炉之后采用高压水除鳞，水压≥15MPa，以有效去除钢坯表面氧化层。如此，本实施方式基于所述修磨工序和高线连轧工序的综合方案，实现对脱碳表面缺陷的有效管控。

同时，在所述高线连轧工序中，开轧之前做好工装件对中和管理，确保轧线正常、轧件表面质量良好后，再进行弹簧钢轧制，而且轧制过程中采用在线表面缺陷检测仪对盘条表面实时进行在线表面缺陷检测，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm。如此，在比如最高轧速为110m/s的高速轧制过程中，可以尽量避免、减少轧件意外接触到工装件而造成表面划线，以及及时监测所发生的表面划线的缺陷、确定原因并及时进行纠正修正。

在所述打包工序中，盘条和打包线之间采用柔性耐磨材料间隔开，如此可以进一步避免盘条在储存、运输和吊装过程中与其它尖锐硬物进行摩擦而造成擦伤。

与现有技术相比，本实施方式通过全流程精细控制，尤其是大方坯连铸工序、修磨工序、高线连轧工序以及打包工序的整体结合，在裂纹、脱碳、擦伤等表面缺陷方面均得到改善，实现对盘条表面质量的全方面管控，而且控制成本低，在高品质弹簧制造领域具有广阔的应用前景。

本实施方式的弹簧钢盘条，其直径为5～17mm，对应的，在所述高线连轧工序中，将中间坯轧制成直径为5～17mm的盘条，此规格的盘条基本涵盖了弹簧钢盘条的常用规格。也就是说，采用本实施方式的所述生产方法，制备直径在5～17mm范围内的任一规格的弹簧钢盘条，均可以保证所得盘条的表面质量优异，在裂纹、脱碳、擦伤等表面缺陷均远远少于现有弹簧钢盘条。

具体地，在本实施方式中，所述盘条的表面裂纹最大深度≤40μm。

如背景技术所提，裂纹是弹簧钢盘条最常见的表面缺陷之一，裂纹尖端容易造成应力集中，在交变载荷作用下特别容易扩展，导致弹簧疲劳断裂。国标GB/T28300-2012《热轧棒材和盘条表面质量等级交货技术条件》的最严要求中，小规格盘条的表面裂纹最大深度的标准为不大于150μm，而本实施方式中，通过所述生产方法制备而成的盘条，其表面裂纹最大深度不会超过40μm，相对于普通弹簧钢盘条，大大减小了裂纹表面缺陷，使得基于该盘条制备而成的弹簧(比如悬架弹簧)受到盘条的表面裂纹缺陷的影响可能性很小。

具体地，本实施方式中盘条的表面裂纹最大深度的确定方法可以是：同一炉钢中，至少取10个不同盘卷的样品，制成横截面金相样用于表面裂纹分析，所有样品中均未出现40μm以上深度的表面裂纹，由此确定表面裂纹最大深度≤40μm。

在本实施方式中，盘条的脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％。

如背景技术所提，脱碳也是弹簧钢盘条最常见的表面缺陷之一，在开坯和热轧之前，钢坯在加热炉中进行高温加热(比如1000℃左右或以上)，并且进行较长时间的均热保温，期间钢坯表面的C元素会被加热炉中的O₂和H₂O氧化，造成表面C元素含量降低，之后近表面的C元素会扩散到表面，使钢坯的脱碳层逐渐变厚；另外，连铸过程温度高、时间长，钢坯与空气和水直接接触，也很容易造成表面脱碳。对于普通弹簧钢盘条而言，钢坯表面脱碳层深度可达1.5mm，热轧后弹簧钢盘条的表面脱碳层深度可超过150μm，严重影响弹簧的疲劳寿命，并且也会造成极大的材料浪费，导致成本增大。而本实施方式中，通过所述生产方法制备而成的盘条，不仅生产过程中材料浪费少，实现成本的合理管控，而且脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％，也即针对直径为5～17mm的盘条而言，其脱碳层的最大深度仅为25～85μm，远远低于普通弹簧钢盘条的脱碳层深度。

在本实施方式中，盘条的经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％。如背景技术所提，划线也是弹簧钢盘条最常见的表面缺陷之一，本实施方式所得盘条的表面划线总长度不超过盘条长度的10％，，使得基于该盘条制备而成的弹簧(比如悬架弹簧)受到盘条的表面划线缺陷的影响可能性很小。

具体地，本实施方式中表面划线总长度的确定方法可以是：从同一炉钢的不同盘卷中，共取至少20段盘条作为检测样件，每段盘条(也即每个检测样件)的长度为30cm左右，对每个检测样件进行酸洗后，测量表面划线长度，检测样件上的表面划线长度之和不超过3cm，，由此确定该检测样件的表面划线总长度不超过检测样件长度的10％。

以下通过13个实施例和8个对比例，进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。当然，这13个实施例仅为本实施方式所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。

具体地，13个实施例中，采用包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序的工艺流程，制备弹簧钢盘条，其中：

大方坯连铸工序中，使用弹簧钢专用保护渣，中间包过热度和矫直段的铸坯表面温度如表1所示，铸过程的增氮量为0.0001～0.0002％，结晶器液位波动为1～2mm；

修磨工序中，对开坯后的中间坯进行全修磨处理，边部修磨深度和角部修磨深度如表1所示；

高线连轧工序中，将中间坯在加热炉中进行加热，加热炉温度如表1所示，在炉时间≤120min，中间坯出加热炉之后采用高压水除鳞，水压如表1所示，并且，轧制过程中采用在线表面缺陷检测仪对盘条表面实时进行在线表面缺陷检测，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm；

打包工序中，对于风冷工序后采用集卷筒收集成卷的盘卷，采用柔性耐磨材料将盘条和打包线间隔开。

而8个对比例采用普通弹簧钢生产流程，其部分工艺参数也如表1所示。

[表1]

13个实施例和8个对比例中的盘条直径均为5～17mm，具体可如表2所示；并且，对13个实施例和8个对比例中的盘条进行取样，对取样进行金相分析，以进行裂纹检测和脱碳检测；并将盘条的取样进行酸洗后，进行表面划线的检测，各个检测结果如表2所示。

[表2]

从表2中可以看出，按照本发明予以生产的实施例1～13中的盘条，其面裂纹最大深度≤40μm、脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％，并且，盘条经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％，综合表面质量远高于对比例1-8。

Claims (10)

1.一种高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，其特征在于，包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序；其中：

在所述大方坯连铸工序中，中间包过热度为20～30℃，连铸过程的增氮量≤0.0002％，结晶器液位波动小于2mm，矫直段的铸坯表面温度≥920℃；

在所述修磨工序中，对中间坯进行全修磨处理，边部修磨深度≥1.2mm，角部修磨深度≥1.5mm；

所述高线连轧工序中，将中间坯在加热炉中进行加热，加热炉温度≤1070℃，中间坯出加热炉之后采用高压水除鳞，水压≥15MPa，轧制过程中采用在线表面缺陷检测仪对盘条表面实时进行在线表面缺陷检测，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm；

所述打包工序中，盘条和打包线之间采用柔性耐磨材料间隔开。

2.根据权利要求1所述的高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，其特征在于，所述高线连轧工序中，将中间坯轧制成直径为5～17mm的盘条。

3.根据权利要求1所述的高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，其特征在于，所述高线连轧工序中，中间坯在加热炉中的在炉时间≤120min。

4.根据权利要求1所述的高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，其特征在于，在所述开坯工序中，将连铸坯在加热炉中加热后进行开坯，加热炉温度≥1250℃，在炉时间≥200min。

5.根据权利要求1所述的高表面质量弹簧钢盘条的生产方法，其特征在于，在所述大方坯连铸工序中，使用弹簧钢专用保护渣，连铸过程的增氮量为0.0001～0.0002％，结晶器液位波动为1～2mm。

6.一种高表面质量弹簧钢盘条，其特征在于，所述盘条采用权利要求1～5任一所述的生产方法制备而成。

7.根据权利要求6所述的高表面质量弹簧钢盘条，其特征在于，所述盘条的表面裂纹最大深度≤40μm。

8.根据权利要求6所述的高表面质量弹簧钢盘条，其特征在于，所述盘条的脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％。

9.根据权利要求6所述的高表面质量弹簧钢盘条，其特征在于，所述盘条的经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％。

10.一种高表面质量弹簧钢盘条，其特征在于，所述盘条的表面裂纹最大深度≤40μm、脱碳层的最大深度为所述盘条的直径的0.50％，并且，盘条经过酸洗处理的检测样件上，表面划线总长度不超过检测样件长度的10％；其可以采用包括依次进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、炉外精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、修磨工序、高线轧制工序、风冷工序和打包工序的工艺路线制备而成；其中：

在所述大方坯连铸工序中，中间包过热度为20～30℃，连铸过程的增氮量≤0.0002％，结晶器液位波动小于2mm，矫直段的铸坯表面温度≥920℃；

在所述修磨工序中，对中间坯进行全修磨处理，边部修磨深度≥1.2mm，角部修磨深度≥1.5mm；

所述高线连轧工序中，将中间坯在加热炉中进行加热，加热炉温度≤1070℃，中间坯出加热炉之后采用高压水除鳞，水压≥15MPa，轧制过程中采用在线表面缺陷检测仪对盘条表面实时进行在线表面缺陷检测，在线表面缺陷检测仪的横向精度为0.05mm；

所述打包工序中，盘条和打包线之间采用柔性耐磨材料间隔开。