CN116890031B - 一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及弹簧钢生产技术领域，提出了一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，包括以下工艺流程：预热、加热、除鳞、轧制、吐丝、控制冷却、集卷；所述加热时，加热气氛为CO2‑CO‑O2混合气氛；所述CO2‑CO‑O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:36‑40:3。通过上述技术方案，解决了现有技术中弹簧钢的全脱碳层深度过高、耐疲劳性能较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及弹簧钢生产技术领域，具体的，涉及一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法。
背景技术
弹簧是一种应用广泛的机械零件，在机械设备中弹簧起到缓冲、蓄能、减震、复位等作用。弹簧在工作过程中常承受高频周期应力，如冲压磨具复位弹簧、内燃机气门弹簧等。高频周期应力会造成弹簧疲劳失效，造成严重的设备故障，甚至危及人的生命。因此，在许多弹簧对于耐疲劳性能有明确要求。
脱碳是造成弹簧钢疲劳失效的重要原因之一。由于碳含量减少，脱碳区域的硬度下降，弹簧在工作时，在应力的作用下，低硬度区域会产生微裂纹，并在服役过程中逐渐扩展，最终引发疲劳失效。全脱碳部位由于碳元素全部损失，会导致疲劳寿命大幅度降低，所以在弹簧钢生产过程中脱碳是严格控制项目之一。
为了提升弹性极限，弹簧钢多采用高硅元素组合。但副作用是随着硅含量的提升，钢材的脱碳敏感性越来越大，在轧制环节，钢材表面经常产生全脱碳，因此，全脱碳不仅是弹簧钢生产中质量控制的重点也是质量控制的难点。现有弹簧钢在生产时，均需对钢坯进行全面修磨处理，以避免成品线材表面产生全脱碳组织，从而保证最终弹簧的疲劳寿命，但这大大提高了弹簧钢的生产成本。因此，亟需研究一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，在减少弹簧钢全脱碳层深度的同时，降低生产成本。
发明内容
本发明提出了一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，解决了相关技术中弹簧钢的全脱碳层深度过高、耐疲劳性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，包括以下工艺流程：预热、加热、除鳞、轧制、吐丝、控制冷却、集卷；
所述加热时，加热气氛为CO2-CO-O2混合气氛；
所述CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:36-40:3。
作为进一步的技术方案，所述CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:38:3。
作为进一步的技术方案，所述预热时的温度为500-550℃，时间为30-60min。
作为进一步的技术方案，所述加热时的温度为930-980℃，时间为1-2h。
作为进一步的技术方案，所述除鳞时，采用高压水除鳞，所述高压水的压力为15-17MPa。
作为进一步的技术方案，所述轧制时的下压率为45%-55%。
作为进一步的技术方案，所述轧制时的温度为750-800℃。
作为进一步的技术方案，所述吐丝时的温度为800-840℃。
作为进一步的技术方案，所述控制冷却包括第一段控制冷却和第二段控制冷却，所述第一段控制冷却为以3-5℃/s的冷速冷却至630-680℃，所述第二段控制冷却为空冷至室温。
作为进一步的技术方案，所述弹簧钢为55SiCrA弹簧钢或60Si2MnA弹簧钢。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，加热时在CO2与CO、O2的体积比为5:36-40:3的混合气氛下进行，减少了弹簧钢中C的脱出，降低了全脱碳层的深度，提高了疲劳寿命。当CO2-CO-O2混合气氛中，CO2与CO、O2的体积比为5:38:3时，进一步提高了弹簧钢的耐疲劳性能。
2、本发明中，经过500-550℃的预热处理，进一步减少了弹簧钢中C的脱出，从而有效降低了全脱碳层的深度，提高了弹簧钢的耐疲劳性能。
3、本发明中，轧制时，控制下压率为45-55%，进一步降低了全脱碳层的深度，并且有效提高了弹簧钢的耐疲劳性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，包括以下工艺流程：预热→加热→除鳞→轧制→吐丝→控制冷却→集卷；
其中，本实施例的弹簧钢为55SiCrA弹簧钢，具体生产方法为：
S1、预热：冷坯入炉进行预热，预热温度为500℃，预热时间为60min；
S2、加热：加热温度为930℃，加热时间为2h，加热炉内气氛为CO2-CO-O2混合气氛，CO2与CO、O2的体积比为5:36:3；
S3、除鳞：钢坯出炉后，采用高压水除鳞，高压水的压力为15MPa；
S4、轧制：控制轧制时的下压率为45%，轧制过程中调节水冷箱水压，使钢材表面温度控制在750℃；
S5、吐丝：吐丝温度为800℃；
S6、控制冷却：控制冷却包括第一段控制冷却和第二段控制冷却，第一段控制冷却时，调节辊道风机使吐丝后的线材以3℃/s的冷速冷却至680℃，第二段控制冷却时，关闭辊道风机自然冷却；
S7、集卷：将自然冷却后的弹簧钢线材集卷。
实施例2
一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，包括以下工艺流程：预热→加热→除鳞→轧制→吐丝→控制冷却→集卷；
其中，本实施例的弹簧钢为55SiCrA弹簧钢，具体生产方法为：
S1、预热：冷坯入炉进行预热，预热温度为525℃，预热时间为45min；
S2、加热：加热温度为950℃，加热时间为1.5h，加热炉内气氛为CO2-CO-O2混合气氛，CO2与CO、O2的体积比为5:38:3；
S3、除鳞：钢坯出炉后，采用高压水除鳞，高压水的压力为16MPa；
S4、轧制：控制轧制时的下压率为50%，轧制过程中调节水冷箱水压，使钢材表面温度控制在775℃；
S5、吐丝：吐丝温度为820℃；
S6、控制冷却：控制冷却包括第一段控制冷却和第二段控制冷却，第一段控制冷却时，调节辊道风机使吐丝后的线材以4℃/s的冷速冷却至650℃，第二段控制冷却时，关闭辊道风机自然冷却；
S7、集卷：将自然冷却后的弹簧钢线材集卷。
实施例3
一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，包括以下工艺流程：预热→加热→除鳞→轧制→吐丝→控制冷却→集卷；
其中，本实施例的弹簧钢为55SiCrA弹簧钢，具体生产方法为：
S1、预热：冷坯入炉进行预热，预热温度为550℃，预热时间为30min；
S2、加热：加热温度为980℃，加热时间为1h，加热炉内气氛为CO2-CO-O2混合气氛，CO2与CO、O2的体积比为5:40:3；
S3、除鳞：钢坯出炉后，采用高压水除鳞，高压水的压力为17MPa；
S4、轧制：控制轧制时的下压率为55%，轧制过程中调节水冷箱水压，使钢材表面温度控制在800℃；
S5、吐丝：吐丝温度为840℃；
S6、控制冷却：控制冷却包括第一段控制冷却和第二段控制冷却，第一段控制冷却时，调节辊道风机使吐丝后的线材以5℃/s的冷速冷却至630℃，第二段控制冷却时，关闭辊道风机自然冷却；
S7、集卷：将自然冷却后的弹簧钢线材集卷。
实施例4
一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，包括以下工艺流程：预热→加热→除鳞→轧制→吐丝→控制冷却→集卷；
其中，本实施例的弹簧钢为60Si2MnA弹簧钢，具体生产方法为：
S1、预热：冷坯入炉进行预热，预热温度为525℃，预热时间为45min；
S2、加热：加热温度为950℃，加热时间为1.5h，加热炉内气氛为CO2-CO-O2混合气氛，CO2与CO、O2的体积比为5:38:3；
S3、除鳞：钢坯出炉后，采用高压水除鳞，高压水的压力为16MPa；
S4、轧制：控制轧制时的下压率为50%，轧制过程中调节水冷箱水压，使钢材表面温度控制在775℃；
S5、吐丝：吐丝温度为820℃；
S6、控制冷却：控制冷却包括第一段控制冷却和第二段控制冷却，第一段控制冷却时，调节辊道风机使吐丝后的线材以4℃/s的冷速冷却至650℃，第二段控制冷却时，关闭辊道风机自然冷却；
S7、集卷：将自然冷却后的弹簧钢线材集卷。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例步骤S1中，预热温度为450℃。
实施例6
本实施例与实施例3的区别仅在于，本实施例步骤S1中，预热温度为650℃。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例步骤S4中，轧制时的下压率为40%。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例步骤S4中，轧制时的下压率为60%。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例步骤S2中，CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:30:3。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例步骤S2中，CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:45:3。
对实施例1-8以及对比例1-2得到的弹簧钢线材进行如下性能测试：
①全脱碳层深度：按照GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》中辉光光谱分析法的规定，将试样除油、冲洗、吹干后，对各试样进行全脱碳层深度的测定；
②疲劳寿命：按照GB/T 26077-2021《金属材料 疲劳试验 轴向应变控制方法》中的规定，测定各式样的疲劳寿命；
测试结果如下表1所示。
表1弹簧钢线材性能测试结果
由表中数据可知，本发明所述工艺方法生产得到的弹簧钢具有较低的全脱碳层深度以及较长的使用寿命，弹簧钢表面可无全脱碳层，疲劳寿命最高可达104万次，能够满足生产应用。由实施例1、3和实施例5-6对比可知，当预热处理时的温度范围为500-550℃时，可进一步降低全脱碳层的深度，提高弹簧钢的耐疲劳性能。实施例1与实施例7-8对比说明，当轧制时下压率为45%-55%时，有益于减少弹簧钢的全脱碳层深度，提高疲劳寿命。实施例1与对比例1-2对比表明，在加热过程中，当CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:36-40:3时，有助于降低弹簧钢全脱碳层深度，提高弹簧钢的耐疲劳性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，包括以下工艺流程：预热、加热、除鳞、轧制、吐丝、控制冷却、集卷；
所述加热时，加热气氛为CO2-CO-O2混合气氛；
所述CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:36-40:3；
所述轧制时的下压率为45%-55%；
所述预热时的温度为500-550℃，时间为30-60min；
所述加热时的温度为930-980℃，时间为1-2h。
2.根据权利要求1所述的一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，所述CO2-CO-O2混合气氛中CO2与CO、O2的体积比为5:38:3。
3.根据权利要求1所述的一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，所述除鳞时，采用高压水除鳞，所述高压水的压力为15-17MPa。
4.根据权利要求1所述的一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，所述轧制时的温度为750-800℃。
5.根据权利要求1所述的一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，所述吐丝时的温度为800-840℃。
6.根据权利要求1所述的一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，所述控制冷却包括第一段控制冷却和第二段控制冷却，所述第一段控制冷却为以3-5℃/s的冷速冷却至630-680℃，所述第二段控制冷却为空冷至室温。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种免修磨生产无全脱碳弹簧钢的方法，其特征在于，所述弹簧钢为55SiCrA弹簧钢或60Si2MnA弹簧钢。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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