CN113198843A

CN113198843A - 一种高Si弹簧圆钢的生产方法

Info

Publication number: CN113198843A
Application number: CN202110445541.5A
Authority: CN
Inventors: 迟云广; 李红星; 彭宁琦; 黄振华; 陈军
Original assignee: Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-04-25
Filing date: 2021-04-25
Publication date: 2021-08-03

Abstract

一种高Si弹簧圆钢的生产方法，工艺路线为冶炼→连铸→热送热装→加热→除鳞→粗轧→中间坯冷却→全连轧→加速冷却→空冷→堆冷；钢的化学组成重量百分比为C=0.56%~0.64%，Si=1.50%~2.20%，Mn=0.40%~1.00%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr≤1.20%，V≤0.20%，且Si+Mn+Cr=2.70%~3.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用大尺寸铸坯进行热送热装和一火成材，同时采用高温加热和控轧控冷工艺，生产直径为φ20~90mm的圆钢，其表面无全脱碳层、总脱碳层深度不大于直径的0.6%，较好地兼顾了弹簧圆钢的弹性极限和疲劳强度。

Description

一种高Si弹簧圆钢的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种高Si弹簧圆钢的生产方法。

背景技术

弹簧通常在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。为满足这些性能要求，弹簧钢应具有高的纯洁度和均匀性、严格控制表面缺陷和脱碳层深度、精确的外形和尺寸等。在成分设计上，通常采用中碳高硅的成分体系，Si是弹簧钢中对弹减抗力影响最大的合金元素，这主要是由于Si具有强烈的铁素体固溶强化作用，同时Si能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大，改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态，提高钢的回火稳定性。但Si含量过高，将促进弹簧钢在加热轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，并影响钢的表面质量。因此，高Si弹簧钢的生产和应用长期以来受到制约。

中国专利CN107747060A提出一种“高强度高疲劳寿命弹簧钢的生产方法”，采用150mm方的小尺寸连铸坯生产小规格线材弹簧钢，经洁净钢冶炼、保护浇注后，首先对连铸坯表面进行抛光、修磨，然后采用低温加热并控制均热时间，以减小弹簧钢的脱碳层深度；中国专利号CN111334708A提出“一种抗拉强度≥2250MPa且疲劳性能优异的高强度弹簧钢及其生产方法”，为提高钢的压缩比从而提高产品的内部品质，采用250mm方的连铸坯，但为了采用低温加热以控制脱碳层，需先开坯至150mm的方坯，然后进行表面扒皮，深度不低于1.2mm，该专利通过二火成材得到高强度高疲劳性能的φ6.5~16mm线材盘条；中国专利号CN108559910A提出“一种全流程TMCP热机轧制55SiCr弹簧钢及其生产方法”，同样采用二火成材，开坯后进行表面修磨，然后采用低温加热、以及控轧控冷工艺，可以获得全脱碳层为0、总脱碳层深度<0.10mm的高表面质量高疲劳性的弹簧钢盘条。然而上述现有技术多应用在小规格线材弹簧钢产品，对大规格弹簧圆钢，如果采用小尺寸连铸坯，压缩比低；采用大尺寸连铸坯进行低温加热，又容易导致后续轧制过程出现表面缺陷、影响产品外形尺寸精度、组织和性能均匀性不良等问题。中国专利号CN109735765A开发“一种大规格、超细晶、高强韧性弹簧钢及其生产方法”，可适用于直径不小于φ80mm的圆棒，但为控制钢的脱碳倾向，采用0.15%~0.35%的低硅成分设计。

发明内容

本专利目的在于提供一种高Si弹簧圆钢的生产方法特别是φ20~90mm高Si弹簧圆钢的稳定、高效生产方法，产品表面无全脱碳层，总脱碳层深度不大于直径的0.6%。

本发明的技术方案：

一种高Si弹簧圆钢的生产方法，工艺路线为冶炼→连铸→热送热装→加热→除鳞→粗轧→中间坯冷却→全连轧→加速冷却→空冷→堆冷；钢的化学组成重量百分比为C=0.56%~0.64%，Si=1.50%~2.20%，Mn=0.40%~1.00%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr≤1.20%，V≤0.20%，且Si+Mn+Cr=2.70%~3.50%，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

（1）冶炼、连铸：钢水经炉外精炼后，浇注成尺寸不小于240mm×240mm的连铸坯；

（2）加热：采用热送热装工艺，连铸坯入炉表面温度≥580℃；加热炉预热段温度≥780℃，加热段在1050~1150℃范围内的加热时间≤20min，均热段在1220~1250℃温度范围内的均热时间50~90min；同时控制预热段不低于5Pa的微正压，均热段残氧量2.5%~5.0%、SO₂≤0.1%；

（3）轧制：铸坯出加热炉后使用高压水除鳞，除鳞水压力≥25MPa；然后粗轧成中间坯并冷却，之后再进行后续的全连轧，控制全连轧开轧温度≤1050℃、终轧温度800~860℃；

（4）冷却：轧制后先加速冷却至680±20℃，然后空冷至300~400℃，再吊入堆冷坑中堆冷至室温。

优选的，步骤（2）中，连铸坯入炉表面温度≥780℃。

优选的，步骤（3）中，控制粗轧后至全连轧的中间坯冷却时间≤60s。

优选的，步骤（4）中，采用在带保温罩的冷床上空冷。

本发明关键工艺步骤及工艺参数的设定依据：

本发明方法要求热送热装的连铸坯入炉表面温度≥580℃，是为了避免表面氧化铁皮中FeO发生先共析转变和共析转变而影响表层基体附近的碳势和氧势，进一步的，优选连铸坯入炉表面温度≥780℃，是为了避免面心立方结构的γ-Fe向体心立方结构α-Fe发生转变，α-Fe比较疏松，碳的扩散更快速，而且氧化能力变弱，另一方面发生的γ-α相变应力会影响表面氧化铁皮的致密均匀性，这些对脱碳层的控制均不利，同时控制加热炉预热段温度≥780℃以减少连铸坯表面温度在γ和α两相区所处时间，也是基于同样的考虑。本发明考虑高Si弹簧钢表面脱碳和氧化速度的温度、氧化气氛程度、SO₂量等的影响以及高Si氧化铁皮的粘附和去除难易程度情况，所以控制1050~1150℃加热段用较短的时间、均热段采用较高温度并适当的均热时间、控制预热段有一定的微正压、控制均热段较高的残氧量、控制较低的SO₂量、以及保证较高的除鳞水压力以去除本发明所述加热工艺获得的较厚的氧化铁皮。在控冷方面，考虑的因素与控制连铸坯入炉和加热工艺是相一致的，比如优选中间坯粗轧后至全连轧的冷却时间显然可以减少1050~1150℃温度段所处时间，轧制后采用加速冷却至680±20℃以减少两相区冷却时间，空冷至400℃以下后再吊入堆冷坑中缓冷以减少FeO的转变等等。此外，优选在带保温罩的冷床上空冷是为了减少贝氏体和马氏体的硬相组织，在堆冷坑中堆冷至室温是为了利于钢中氢的扩散。

本发明方法能稳定、高效生产高Si弹簧圆钢，特别是φ20~90mm的弹簧钢产品，表面无全脱碳层，总脱碳层深度不大于直径的0.6%。本发明的有益效果包括：

（1）本发明提供了一种高Si弹簧圆钢的生产方法，产品表面质量好、脱碳层控制获得较大改善，能够兼顾良好的弹性极限和疲劳强度；

（2）本发明采用热送热装和一火成材，无需对连铸坯表面进行修磨、抛光、扒皮等，有效地节约燃料、简化生产流程和提高生产节奏、减少劳动力投入等，从而降低生产成本；

（3）本发明采用大尺寸铸坯，压缩比大，同时采用高温加热，有利于偏析、疏松等内部质量的控制以及成分、组织和性能的均匀化控制；

（4）本发明无需严格控制加热炉中残氧量，对尤其是老旧加热炉的烧钢操作有利，适用于工业化稳定生产；

（5）本发明涉及的控制脱碳层等表面质量的加热和控轧控冷工艺可借鉴至弹簧盘条、弹簧扁钢、冷镦钢和帘线钢盘条、轴承钢和工具钢等高碳钢线棒材的产品生产上。

附图说明

图1为实施例1圆钢表面脱碳层深度检测的金相照片。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例1：钢种为60Si2Mn，圆钢直径为50mm的弹簧圆钢的生产方法。

钢的化学组成重量百分比为C=0.61%，Si=1.86%，Mn=0.84%，P=0.011%，S=0.004%，Cr=0.18%，V=0.001%，其中Si+Mn+Cr=2.88%，余量为Fe和不可避免的杂质；其工艺路线为：冶炼→连铸→加热→除鳞→粗轧→中间坯冷却→全连轧→加速冷却→空冷→堆冷；关键工艺步骤包括：

（1）冶炼、连铸：钢水经炉外精炼后，浇注成280mm×280mm的方坯；

（2）加热：采用热送热装工艺，方坯入炉表面温度约为800℃；加热炉预热段温度在780~800℃范围内，加热段在1050~1150℃范围内的加热时间为15min，均热段温度为1230~1240℃，均热时间为70min；预热段炉压在5.5±0.3Pa的范围内波动，均热段残氧量约为3.0%~4.0%，检测炉内SO₂量为0.04%；

（3）轧制：铸坯出加热炉后迅速使用高压水除鳞，除鳞水压力为26MPa；然后粗轧成中间坯，采用空冷和水冷，冷却约30s时进行后续的全连轧，全连轧开轧温度为1020℃，控制终轧温度为820~840℃；

（4）冷却：轧制后穿水冷却至680±20℃，然后在带保温罩的冷床上空冷至360℃，再吊入堆冷坑中堆冷至室温。

取样检测圆钢表面质量，未见氧化铁皮压入缺陷，表面无全脱碳层、总脱碳层深度约为0.25mm，如图1所示。

实施例2：钢种为60Si2Cr，圆钢直径为30mm的弹簧圆钢的生产方法。

钢的化学组成重量百分比为：C=0.60%，Si=1.65%，Mn=0.55%，P=0.012%，S=0.005%，Cr=0.86%，V=0.001%，其中Si+Mn+Cr=3.06%，余量为Fe和不可避免的杂质；其工艺路线为：冶炼→连铸→加热→除鳞→粗轧→中间坯冷却→全连轧→加速冷却→空冷→堆冷；关键工艺步骤包括：

（1）冶炼、连铸：钢水经炉外精炼后，浇注成240mm×240mm的方坯；

（2）加热：采用热送热装工艺，方坯入炉表面温度约为580℃；加热炉预热段温度在790~810℃范围内，加热段在1050~1150℃范围内的加热时间为12min，均热段温度为1220~1230℃，均热时间为56min；预热段炉压在5.6±0.3Pa的范围内波动，均热段残氧量约为4.0%~4.8%，检测炉内SO₂量为0.06%；

（3）轧制：铸坯出加热炉后迅速使用高压水除鳞，除鳞水压力为28MPa；然后粗轧成中间坯，采用空冷和水冷，冷却约20s时进行后续的全连轧，全连轧开轧温度为1042℃，控制终轧温度为810~830℃；

（4）冷却：轧制后穿水冷却至680±20℃，然后在带保温罩的冷床上空冷至320℃，再吊入堆冷坑中堆冷至室温。

取样检测圆钢表面质量，未见氧化铁皮压入缺陷，表面无全脱碳层、总脱碳层深度约为0.12mm。

实施例3：钢种为60Si2CrV，圆钢直径为80mm弹簧圆钢的生产方法。

钢的化学组成重量百分比为：C=0.59%，Si=1.58%，Mn=0.52%，P=0.010%，S=0.005%，Cr=1.05%，V=0.16%，其中Si+Mn+Cr=3.15%，余量为Fe和不可避免的杂质；其工艺路线为：冶炼→连铸→加热→除鳞→粗轧→中间坯冷却→全连轧→加速冷却→空冷→堆冷；关键工艺步骤包括：

（1）冶炼、连铸：钢水经炉外精炼后，浇注成350mm×430mm的连铸坯；

（2）加热：采用热送热装工艺，方坯入炉表面温度约为790℃；加热炉预热段温度在790~810℃范围内，加热段在1050~1150℃范围内的加热时间为18min，均热段温度为1230~1240℃，均热时间为85min；预热段炉压在5.8±0.3Pa的范围内波动，均热段残氧量约为2.8%~3.6%，检测炉内SO₂量为0.07%；

（3）轧制：铸坯出加热炉后迅速使用高压水除鳞，除鳞水压力为27MPa；然后粗轧成中间坯，采用空冷和水冷，冷却约60s时进行后续的全连轧，全连轧开轧温度为995℃，控制终轧温度为815~830℃；

（4）冷却：轧制后穿水冷却至680±20℃，然后在带保温罩的冷床上空冷至390℃，再吊入堆冷坑中堆冷至室温。

取样检测圆钢表面质量，未见氧化铁皮压入缺陷，表面无全脱碳层、总脱碳层深度约为0.29mm。

Claims

1.一种高Si弹簧圆钢的生产方法，其特征在于：工艺路线为冶炼→连铸→热送热装→加热→除鳞→粗轧→中间坯冷却→全连轧→加速冷却→空冷→堆冷；钢的化学组成重量百分比为C=0.56%~0.64%，Si=1.50%~2.20%，Mn=0.40%~1.00%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr≤1.20%，V≤0.20%，且Si+Mn+Cr=2.70%~3.50%，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种高Si弹簧圆钢的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，连铸坯入炉表面温度≥780℃。

3.根据权利要求1所述的一种高Si弹簧圆钢的生产方法，其特征在于：步骤（3）中，控制粗轧后至全连轧的中间坯冷却时间≤60s。

4.根据权利要求1所述的一种高Si弹簧圆钢的生产方法，其特征在于：步骤（4）中，采用在带保温罩的冷床上空冷。