CN114807552A - 一种弹簧钢热轧盘条的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹簧钢热轧盘条的生产方法，包括：粗轧：开轧温度900℃‑1200℃，轧制速度0.5‑0.8m/s，轧制变形率为60‑75％，轧成φ120‑140mm的圆坯；精轧：开轧温度800℃‑1000℃，轧制速度60‑80m/s，轧制变形率为40‑60％，精轧在再结晶区进行，精轧后盘条穿水冷却，控制穿水冷却后温度在850℃‑950℃；减定径：在两相区进行轧成最终规格的盘条，减定径后的盘条再次穿水冷却，冷却后在800℃‑950℃吐丝；水浴冷却：吐丝后盘条进入水浴中控制辊速冷却，出水温度控制至500℃‑700℃，使相变区从奥氏体区快速过渡到珠光体区域，抑制铁素体析出；在斯太尔摩冷却线上的保温罩内缓冷，控制盘条出保温罩温度在500℃以下。该方法能够细化晶粒，减小珠光体片层距，抑制铁素体的析出，从而增加盘条表面硬度，提升表面质量。

Description

一种弹簧钢热轧盘条的生产方法
技术领域
本发明涉及热轧盘条的生产方法。
背景技术
弹簧是装备制造业的关键基础件，量大面广、品种繁杂，用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等。我国弹簧行业产品规模、品种不断扩大，已拥有气门弹簧、悬架弹簧、汽车尾门弹簧、膜片弹簧、减震弹簧、液压弹簧、油泵弹簧、蝶形弹簧、高温弹簧、卡簧、拉簧、扭簧、压簧、涡卷簧以及异形弹簧等1600多个品类的弹簧产品，广泛应用于汽车、机械、电子电气、日用五金等国民经济各个领域。配合汽车电动化、重大技术装备大型化及参数极限化，高强度弹簧的需求量呈快速增长趋势。尤其是高性能弹簧制造需求的日益增加，也对弹簧钢的品种和性能提出了越来越高的要求。
目前针对弹簧钢洁净度和夹杂物的控制展开了大量的研究与试验，弹簧钢在组织纯净度、抗疲劳性、稳定性等方面都有了技术进步，目前弹簧钢热轧盘条的表面质量成为影响弹簧钢性能与疲劳性能的主要因素与竞争力。
弹簧钢热轧盘条在集卷，打包，运输，吊运过程中会发生相互挤压，磕碰形成多种多样的表面质量问题，导致用户在后续拉拔、卷簧、疲劳的测试中形成早期的断裂失效。传统的弹簧钢热轧盘条生产工艺全线采用斯太尔摩冷却线，冷却强度较弱，铁素体析出较多，热轧盘条的力学性能、表面硬度都较低，从弹簧钢热轧盘条集卷下线到用户生产车间的过程中容易产生擦伤、磕碰等一系列表面质量问题，影响后续拉拔性能及疲劳性能。
因此有必要进一步改进弹簧钢热轧盘条的生产方法，提高弹簧钢热轧盘条的力学性能和表面硬度，从而提升成品弹簧热轧盘条的表面质量，解决弹簧油淬火钢丝因表面缺陷引起的断裂问题，同时提升油淬火弹簧钢丝强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种弹簧钢热轧盘条的生产方法，采用该方法生产的弹簧钢热轧盘条具有更高的表面硬度，在集卷、打包、运输、吊运等过程中不易产生擦伤、磕碰伤等影响表面质量的痕迹，有利于解决客户弹簧油淬火钢丝因表面缺陷引起的断裂问题，同时提升油淬火弹簧钢丝强度。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：包括
步骤一、铸坯准备；
步骤二、加热：铸坯入炉加热使组织均质、合金元素充分固溶；
步骤三、粗轧：轧前对铸坯表面除鳞，开轧温度900℃-1200℃，轧制速度0.5-0.8m/s，粗轧轧制变形率为60-75％，轧成φ120-140mm的圆坯；
步骤四、精轧：开轧温度800℃-1000℃，轧制速度60-80m/s，轧制变形率为40-60％，使精轧在再结晶区进行，精轧后获得的盘条穿水冷却，应控制穿水冷却后盘条温度在850℃-950℃；
步骤五、减定径：变形率在20％-50％，使减定径在再结晶区和未再结晶区两相区进行，轧成最终规格的盘条，减定径后的盘条再次穿水冷却，冷却后在800℃-950℃吐丝；
步骤六、水浴冷却：吐丝后盘条进入水浴中控制辊速冷却，盘条在水浴中的降温速度是5-9℃/s，出水温度控制至500℃-700℃，使相变区从奥氏体区快速过渡到珠光体区域，抑制铁素体析出；
步骤七、在斯太尔摩冷却线上缓冷：水浴出水后的盘条在斯太尔摩冷却线上冷却，关闭风机，关闭保温罩，盘条在保温罩内保温冷却，对应使盘条在珠光体相变区域保温相变，使组织充分转变成珠光体组织，控制盘条出保温罩温度在500℃以下。
优选地，步骤一，所述铸坯为150mm2～240mm2的连铸方坯，元素成分按质量百分比计为C：0.50～0.60％，Si：1.20～1.60％，Mn：0.50～0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.50～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质。C、Si的含量设置是保证弹簧钢的强度，Mn、Cr的含量设置是来提升其淬透性与耐蚀性。
优选地，步骤二，为了防止或减少加热过程脱碳，设置加热炉一段炉温650℃～900℃，加热炉二段炉温800℃～1000℃，均热段炉温900℃～1200℃。加热炉一段炉温保温25min以上，二段炉温保温25min以上，均热段炉温保温30min以上。
优选地，步骤六，水浴水温90℃-100℃，辊道匀速，辊道速度为0.30-0.6m/s，盘条在水浴中的降温速度7℃/s。步骤六，水浴的液位稳定在±3mm，水浴温度精度控制在±1℃。
所生产盘条金相组织为铁素体和珠光体，抗拉强度达到1150-1250MPa，面缩≥45％，高表面硬度，表面硬度在360±5HV。
与现有技术相比，本发明的优点或特点在于：
通过控制精轧在再结晶区与减定径在两相区高速率大变形轧制，奥氏体组织在此条件下进行形变，晶粒不断发生滑移和转动，产生变形储存能，增加相变驱动力缩短相变孕育期；同时配合穿水冷却防止奥氏体晶粒再长大，细化晶粒。本申请设置的吐丝温度能够缩短珠光体相变温度范围，为控冷相变作准备。
弹簧钢热轧盘条轧制时严格控制水浴技术工艺参数，水浴主体由水箱+辊道组成，辊道设置于水箱中由电机驱动，水箱拥有水位测量系统、自动补水系统、水循环系统、水温测温系统、加热系统等辅助，可实现水浴液液位稳定控制在±3mm，水浴液温度精度控制在±1℃，水浴液流场均匀，实现盘条冷却温度一致性。盘条吐丝后进入循环热水中控制辊速进行冷却，循环热水可以100％无死角接触盘条，可以保持没有波动的恒定冷却条件下高效快速均匀冷却。吐丝后采用水浴冷却线的辊道进行控制冷却，辊道速度为0.30～0.6m/s，辊道是匀速的，水温控制在90℃-100℃，盘条在水浴中的降温速度是7℃/s，使其出水温度控制至500℃-700℃之间，使相变区从奥氏体区快速过渡到珠光体区域，有效控制晶粒度长大同时抑制铁素体的析出，缩小珠光体层片间距。同时水浴冷却快速降温抑制铁素体的析出，增加了盘条表面硬度，提升盘条表面质量。
弹簧钢热轧盘条轧制时严格控制斯太尔摩冷却线工艺参数，盘条出水浴温度控制在500℃-700℃之间，盘条随后进入斯太尔摩冷却线，将冷却线上的保温罩全关，风机全关，直接进入保温罩保温，辊速控制在0.4～0.6m/s，使盘条组织在珠光体相变区域继续保温相变，完成珠光体组织的完全转变。防止盘条出水后冷速过快导致马氏体组织产生。盘条出保温罩温度控制在500℃以下。
附图说明
图1为本发明实施例1盘条组织示意图；
图2为本发明实施例2盘条组织示意图；
图3为本发明实施例3盘条组织示意图；
图4为对比例1盘条组织示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。但该实施例仅是对本发明较佳实施方式的描述，而不能对本发明的范围产生任何限制。任何依据本发明所作的同等替换或改变，都在本发明的保护范围之内。
实施例1
轧制盘条的规格为Φ16mm，化学成分质量百分比为C：0.55％，Si：1.40％，Mn：0.65％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.65％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯(200mm2)直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在650℃～900℃，保温时间25min，加热炉二段炉温在800℃～1000℃，保温时间25min，均热段炉温在900℃～1200℃，保温时间30min。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在950℃，高压水除鳞压力≥18MPa，轧制速率为0.6m/s，轧至直径120mm的圆坯，920℃入精轧，精轧轧制速率为65m/s，轧制成规格Φ21mm，精轧后的弹簧钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在880℃；进入减定径机轧制成Φ16mm，再次进行穿水冷却，吐丝温度在850℃。
控制冷却工艺参数，采用水浴冷却线的辊道，水循环进行控制冷却。1#-4#辊道速度为0.4～0.6m/s，水温循环在90℃～100℃，盘条各处出水温度在600℃。盘条出水后，直接入斯太尔摩冷却线的保温罩进行保温缓冷，出保温罩温度在450℃。
实施例2
轧制盘条的规格为Φ17mm，化学成分质量百分比为C：0.56％，Si：1.42％，Mn：0.65％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.66％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯(200mm2)直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在650℃～900℃，保温时间25min，加热炉二段炉温在800℃～1000℃，保温时间25min，均热段炉温在900℃～1200℃，保温时间30min。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在960℃，高压水除鳞压力≥18MPa，轧制速率为0.6m/s，轧至直径120mm的圆坯，930℃入精轧，精轧轧制速率为65m/s，轧制成规格Φ21mm，精轧后的弹簧钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在890℃；进入减定径机轧制成Φ16mm，再次进行穿水冷却，吐丝温度在860℃。
控制冷却工艺参数，采用水浴冷却线的辊道，水循环进行控制冷却。1#-4#辊道速度为0.4～0.6m/s，水温循环在90℃～100℃，盘条各处出水温度在600℃。盘条出水后，直接入斯太尔摩冷却线的保温罩进行保温缓冷，出保温罩温度在480℃。
实施例3
轧制盘条的规格为Φ16mm，化学成分质量百分比为C：0.54％，Si：1.42％，Mn：0.64％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.65％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯(200mm2)直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在650℃～900℃，保温时间25min，加热炉二段炉温在800℃～1000℃，保温时间25min，均热段炉温在900℃～1200℃，保温时间30min。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在965℃，高压水除鳞压力≥18MPa，轧制速率为0.65m/s，轧至直径120mm的圆坯，935℃入精轧，精轧轧制速率为66m/s，轧制成规格Φ21mm，精轧后的弹簧钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在890℃；进入减定径机轧制成Φ16mm，再次进行穿水冷却，吐丝温度在850℃。
控制冷却工艺参数，采用水浴冷却线的辊道，水循环进行控制冷却。1#-4#辊道速度为0.4～0.6m/s，水温循环在90℃～100℃，盘条各处出水温度在600℃。盘条出水后，直接入斯太尔摩冷却线的保温罩进行保温缓冷，出保温罩温度在465℃。
实施例1-3所示的水浴冷却线由水箱+辊道组成，辊道设置于水箱中由电机驱动，水箱拥有水位测量系统、自动补水系统、水循环系统、水温测温系统、加热系统等辅助，可实现水浴液液位稳定控制在±3mm，水浴液温度精度控制在±1℃，水浴液流场均匀，实现盘条冷却温度一致性。盘条吐丝后进入循环热水中控制辊速进行冷却，循环热水可以100％无死角接触盘条，可以保持没有波动的恒定冷却条件下高效快速均匀冷却。吐丝后采用水浴冷却线的辊道进行控制冷却，辊道是匀速的。
对比例1
轧制盘条的规格为Φ16mm，化学成分质量百分比为C：0.55％，Si：1.43％，Mn：0.65％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.66％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯(200mm2)直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在650℃～900℃，保温时间25min，加热炉二段炉温在800℃～1000℃，保温时间25min，均热段炉温在900℃～1200℃，保温时间30min。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在960℃，高压水除鳞压力≥18MPa，轧制速率为0.6m/s，轧至120圆，925℃入精轧，精轧轧制速率为65m/s，轧制成规格Φ21mm，精轧后的弹簧钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在880℃；进入减定径机轧制成Φ16mm，再次进行穿水冷却，吐丝温度在840℃。
控制冷却工艺参数，采用斯太尔摩冷却线的辊道，风机和保温罩进行控制冷却。初始1#、2#辊道速度为0.5～0.7m/s，后续辊道速率逐次递增0.03～0.05m/s；1～5#风机控制风量15％～50％，对应盘条的快冷冷速是5.5℃/s，保温罩开启6个，其余保温罩全关，进入保温段。入罩温度为600℃～750℃，进入保温罩保温，出罩时，盘条温度为400℃-600℃。
所生产的弹簧钢热轧盘条抗拉强度为1020MPa，面缩40％，表面硬度在295HV左右。
图1，图2，图3，图4为本发明实施例1-3与对比例1生产的热轧盘条表面金相显微组织，图1-3本发明盘条的金相组织相比图4的铁素体组织大量减少。铁素体组织的减少势必带来硬度的提升。
本发明实施例1-3与对比例1力学性能与表面硬度进行检验并对比如表1。
表1
Figure BDA0003556345400000061

Claims (7)

1.一种弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：包括
步骤一、铸坯准备；
步骤二、加热：铸坯入炉加热使组织均质、合金元素充分固溶；
步骤三、粗轧：轧前对铸坯表面除鳞，开轧温度900℃-1200℃，轧制速度0.5-0.8m/s，粗轧轧制变形率为60-75％，轧成φ120-140mm的圆坯；
步骤四、精轧：开轧温度800℃-1000℃，轧制速度60-80m/s，轧制变形率为40-60％，使精轧在再结晶区进行，精轧后获得的盘条穿水冷却，应控制穿水冷却后盘条温度在850℃-950℃；
步骤五、减定径：变形率在20％-50％，使减定径在再结晶区和未再结晶区两相区进行，轧成最终规格的盘条，减定径后的盘条再次穿水冷却，冷却后在800℃-950℃吐丝；
步骤六、水浴冷却：吐丝后盘条进入水浴中控制辊速冷却，盘条在水浴中的降温速度是5-9℃/s，出水温度控制至500℃-700℃，使相变区从奥氏体区快速过渡到珠光体区域，抑制铁素体析出；
步骤七、在斯太尔摩冷却线上缓冷：水浴出水后的盘条在斯太尔摩冷却线上冷却，关闭风机，关闭保温罩，盘条在保温罩内保温冷却，对应使盘条在珠光体相变区域保温相变，使组织充分转变成珠光体组织，控制盘条出保温罩温度在500℃以下。
2.根据权利要求1所述的弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：步骤一，所述铸坯为150mm2～240mm2的连铸方坯，元素成分按质量百分比计为C：0.50～0.60％，Si：1.20～1.60％，Mn：0.50～0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.50～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：步骤二，为了防止或减少加热过程脱碳，设置加热炉一段炉温650℃～900℃，加热炉二段炉温800℃～1000℃，均热段炉温900℃～1200℃。
4.根据权利要求3所述的弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：步骤二，加热炉一段炉温保温25min以上，二段炉温保温25min以上，均热段炉温保温30min以上。
5.根据权利要求1所述的弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：步骤六，水浴水温90℃-100℃，辊道匀速，辊道速度为0.30-0.6m/s，盘条在水浴中的降温速度7℃/s。
6.根据权利要求1或5所述的弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：步骤六，水浴的液位稳定在±3mm，水浴温度精度控制在±1℃。
7.根据权利要求2所述的弹簧钢热轧盘条的生产方法，其特征在于：所生产盘条金相组织为铁素体和珠光体，抗拉强度达到1150-1250MPa，面缩≥45％，高表面硬度，表面硬度在360±5HV。
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