CN117026092A

CN117026092A - 一种高强弹簧钢及其制备方法

Info

Publication number: CN117026092A
Application number: CN202311150754.0A
Authority: CN
Inventors: 赵家七; 蔡小锋; 马建超; 李解
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2023-09-07
Filing date: 2023-09-07
Publication date: 2023-11-10

Abstract

本发明公开了一种高强弹簧钢及其制备方法，该高强弹簧钢化学成分按质量百分数计：C：0.50‑0.65%、P≤0.007%、S≤0.0025%。该方法按KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空—大方坯连铸—热装热送—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条—淬火—回火工艺流程进行。本发明采取了全流程控硫、转炉高碳低磷冶炼，控制钢水S、P含量；转炉出钢加碳粉和金属锰弱脱氧合金化、精炼过程变渣系控制夹杂物类型，RH过程通过变真空度脱气、去夹杂，并减轻对耐材的侵蚀，提高洁净度；连铸控制偏析，高温轧制减轻偏析，提高盘条质量；盘条进一步淬火、回火处理，获得高强度、高疲劳寿命的弹簧钢。

Description

一种高强弹簧钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强弹簧钢及其制备方法，属于弹簧钢制造的技术领域。

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，弹簧在服役过程中要承担高周交变载荷，其失效方式主要是疲劳断裂。大量研究表明，对于高强度、高周疲劳弹簧，杂质元素、大尺寸脆性夹杂物、偏析、表面质量等是引起疲劳失效的主要原因。

磷元素是导致弹簧钢性能降低的主要杂质元素之一，磷是弹簧钢中有害元素，增加钢的冷脆性，降低材料塑性，使其冷弯性能变差，在高载荷工作环境下易发生脆断。夹杂物与基体的结合力比较弱，尤其是氧化铝、镁铝尖晶石、氮化钛等脆性夹杂物以及尺寸硅酸盐夹杂，在服役条件下，夹杂物与基体界面会产生应力集中，当局部应力超过门槛值，就会形成裂纹源；随后在交变载荷作用下，裂纹逐渐扩展，并最终导致弹簧断裂。盘条成分、偏析或组织不均匀，会导致弹簧性能不稳定，在服役期容易发生疲劳断裂问题。若材料表面存在裂纹、凹坑、划伤等缺陷，在弹簧服役期均会直接导致断裂问题发生。

高强汽车悬架弹簧对杂质元素含量、夹杂物、偏析、组织、脱碳、表面质量等均有非常高的技术要求，直接影响到弹簧的疲劳寿命，进而影响汽车的整体寿命和使用安全性。为了得到高强度、高性能的弹簧钢，需要提高其生产过程中的杂质元素、夹杂物控制水平；解决连铸过程中铸坯成分不均匀及内部和表面质量问题；控制轧钢过程中脱碳、组织均匀性及表面质量等问题，综合提高高强汽车悬架弹簧质量及疲劳寿命。

专利2022109583109提供了一种弹簧钢线材及其生产方法，该工艺通过冶炼过程及部分辅料控制钢水中的P、S、Al、Ti等杂质元素及气体含量，通过连铸大压下控制铸坯偏析，结合加热度采用缩短保温时间、低温加热的方式以及控制炉内气氛、全修磨控制表层脱碳，实现弹簧钢整体质量的控制。该工艺虽然通过KR和转炉控制回硫，精炼和真空过程采用高碱度渣系脱硫，但是高碱度渣系会导致钢水中夹杂物Al₂O₃、CaO组分大幅增加，对夹杂物类型控制不利。此外，由于是硅锰脱氧钢，酸性夹杂物对耐材有一定的侵蚀作用，同时高碳钢在真空下C对耐材氧化物的还原侵蚀也较为严重，该专利提供的方法未对真空、连铸等耐材提供控制技术方法，不利于外来大尺寸夹杂物的控制；同时，连铸压下按照凝固中心简单分为三段来压，单段压下量过大，可能会导致铸坯内部裂纹等问题；而加热炉中采用低保温时间及低加热温度加热铸坯，不利于元素扩散和偏析的减弱消除；此外，采用线材作为打包带，易造成弹簧盘条表面勒痕和划伤。

专利2013106819801提供了一种用于控制夹杂物的弹簧钢线材生产工艺，包括如下步骤：1）按无铝脱氧工艺进行冶炼；2）转炉顶底复合吹炼；3）Ar站吹氩处理；4）LF钢包吹氩精炼，碱度控制目标0.7-2.0；5）真空处理；6）浇注成方坯，经高线轧制工艺成线材。该工艺虽然通过无铝脱氧，但是采用低碱度的炉渣，不能很好地吸附Si/Mn脱氧产生的硅酸盐类夹杂；同时，低碱度渣系对耐材侵蚀加剧，会增加耐材带入的外来夹杂物数量，如氧化铝、镁铝尖晶石等，该类夹杂物对疲劳寿命危害最大。

专利2012102042739提供了一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，其工艺路线为：1）转炉转炉高碳出钢；2）转炉炉后硅锰脱氧；3）LF精炼，终点钢中氧含量控制在20-40ppm；4）连铸低过热度浇注；5）连轧和线材轧制。钢中夹杂物宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3。其缺点是钢中具有较高（20-40ppm）的氧含量，且钢液中酸溶铝含量在0.01%-0.02%之间，易造成弹簧钢中非金属脆性夹杂物增多，对弹簧服役期内疲劳寿命影响非常大。

专利2016102603055虽然提供了一种用于弹簧钢夹杂物控制的冶炼工艺，包括1 ）电炉初炼；2）吹氩；3 ）LF炉精炼；4 ）VD炉精炼；5 ）连铸；电炉初炼出钢过程中采用Si/Mn无铝脱氧工艺进行预脱氧，并同时采用活性石灰、复合剂和精炼渣。能很好地控制钢中脆性夹杂物，但精炼后期的炉渣碱度控制在0.7-1.4，酸性炉渣对钢包、连铸中间包耐材侵蚀严重，易造成外来夹杂物超标。

高级别、重要用途弹簧对夹杂物、成分及组织均匀性、表面质量等均具有严格的要求。因此，控制夹杂物、成分组织均匀性、表面质量等一直是弹簧钢研发领域的重点。分析表明，夹杂物需要从塑性化、小尺寸两方面进行控制，大型夹杂物主要分为内生夹杂和外来夹杂物，内生夹杂物主要为脱氧产物，外来夹杂物来源包括钢渣、耐材、保护渣等，相应的控制措施可归为减少外来夹杂物产生、消除大型夹杂物。成分及组织均匀性、表面质量主要通过连铸、轧制过程进行控制，连铸过程通过工艺参数的设置，获得高组分均匀性铸坯，开坯修磨过程对铸坯表面及皮下质量进行控制，再采用高温涂层结合加热炉高温加热和延长保温时间，一方面控制坯料表面脱碳，另一方面有利于元素扩散均匀，改善坯料偏析和网碳。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种高强弹簧钢及其制备方法，其具体技术方案如下：

一种高强弹簧钢，所述高强弹簧钢化学成分按质量百分数计包括C：0.50-0.65%、Si：1.35-1.65%、Mn：0.60-0.80%、Cr：0.55-0.80%、V：0.10-0.30%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、Mo≤0.005%、P≤0.007%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Al≤0.0015%、Ti≤0.0008%。

进一步的，所述高强弹簧钢线材金相组织中，以体积百分比计，包括索氏体和珠光体，≥95%马氏体和铁素体含量总和≤5%，采用所述的高强弹簧钢线材制备的弹簧强度≥2000MPa，疲劳寿命≥100万次。

进一步的，所述高强弹簧钢线材横截面上偏析最严重区域与其他基体区域，以质量百分比计，碳含量比值≤1.05、Cr含量比值≤1.15、Mn含量比值≤1.15，且硬度差≤20HV。

进一步的，所述高强弹簧钢线材表面无折叠，表面最大深度≤25μm，定义所述高强弹簧钢线材直径为D mm，其表面脱碳层最大深度≤D*0.2%mm，且其表面无全脱碳层。

进一步的，所述高强弹簧钢中夹杂物包括SiO₂-MnO-(CaO-Al₂O₃-MgO)类夹杂物，其中(CaO-Al₂O₃-MgO)质量占比≤25%，5μm以上夹杂物数量密度≤0.15个/mm²，在GB/T10561标准下的A、B、C、D类夹杂物评级均≤1.0级，Ds类夹杂物评级≤0.5级。

制备高强弹簧钢的方法，按KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空—大方坯连铸—热装热送—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条—淬火—回火工艺流程进行生产；具体包括以下步骤：

步骤1：KR铁水预处理：铁水进行三次扒渣，两次加脱硫剂深脱硫，最后一次扒渣开铁包底吹赶渣，将铁水渣扒除干净，获得S含量≤0.001%，浮渣块占整个铁水面的面积比≤5%的铁水；

步骤2：转炉冶炼：转炉装入量为140-150t，铁水比80-90%，选用清洁废钢冶炼，转炉采用三次造渣，两次倒渣工艺，最后一次造渣冶炼后不倒渣，留渣冶炼，获得P含量≤0.006%以下的钢水；

步骤3：出钢开始时，先向钢包中加10-20%的低氮增碳剂、金属锰进行脱氧合金化，出钢85%时加入碳化硅、低钛低铝硅铁、铬铁、钒铁及余下低氮增碳剂、金属锰，碳化硅、低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁及低氮增碳剂，全部熔于钢水后，加入合成渣进行造渣，搅拌3-5min后运至LF炉进行处理；

步骤4：LF炉精炼：全程开启底吹氩气，双透气砖流量控制比例为1:3-1:2，精炼过程炉渣碱度控制在0.5-0.8，将钢水成分、温度全部调节达标后，加入高碱度合成渣，将炉渣碱度调整为1.5-2.0，搅拌3-5min后出钢；

步骤5：RH炉精炼：RH炉进站快速抽真空处理，真空室工作压力≤1mbar，提升气体流量为150-200Nm³/h，处理时间≥15min，然后钢包下降10-30cm，关闭E4、E5两级真空泵，升高真空室压力至10mbar以上，提升气体流量降低为100-150N m³/min，循环≥5min后，破空后进行软搅拌和镇静处理，软搅拌时间10-15min，软搅拌时双透气砖流量控制比例为1:3-1:2，最大透气砖底吹氩气流量为60-90NL/min，软搅拌结束钢水静置≥10min，运至连铸浇注；

步骤6：采用大方坯连铸，断面300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，结晶器液位波动≤2mm，结晶器电磁搅拌电流450-650A，频率6-8Hz，连铸拉速控制在0.5-0.7m/min，压下量控制分布，4段：3.5-4.5mm、5段：3~4mm、6段：2.5-3.5mm、7段：2-3、8段：1.5-2.5mm、9段：1-2mm、10段以后0.5-1mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05；

步骤7：开坯修磨，高温加热，改善坯料偏析及表面质量；

步骤8：轧制及风冷，控制冷却强度，改进组织及性能；

步骤9：淬火；

步骤10：回火。

进一步的，所述步骤1的具体过程为：铁水运到KR处理工位，第一次扒渣，扒除高炉出铁带来的铁水渣，扒除表层炉渣；第二次扒渣：第一次扒渣结束后向铁水中加脱硫剂脱硫，S脱到0.005%以下后，再扒除脱硫渣，浮渣块占整个铁水面的面积比≤10%；第三次扒渣为：在第二次扒渣后继续加脱硫剂进一步深脱硫至0.0010%以下，然后再扒渣；第三次扒渣时，开通铁包底吹赶渣，底吹氩气流量200-300NL/min。

进一步的，所述步骤2具体为：转炉采用三渣留渣法冶炼，转炉吹炼前期采用开大底吹搅拌，大底吹的流量为5-10Nm³/min，顶枪吹氧流量为24000-26000Nm³/h，加入球团、石灰造渣，炉渣碱度1.8-2.2，渣中T.Fe含量20-30%，第一阶段结束钢水温度1400-1450℃，然后倒渣，倒出炉渣≥70%；第二阶段吹炼，底吹流量为3-6Nm³/min，顶枪吹氧流量为32000-36000Nm³/h，加石灰、轻烧、球团造渣，炉渣碱度3.0-4.0，渣中T.Fe含量15-25%，吹炼至C含量≤0.5%时，开始倒渣，倒出炉渣≥60%，然后进行第三次造渣吹炼，底吹流量为5-10Nm³/min，顶枪吹氧流量为30000-34000Nm³/h，炉渣碱度≥5.0，渣中T.Fe含量15-25%，吹炼结束采用滑板挡渣，出钢留渣，进行下一炉冶炼。

进一步的，所述步骤3中：低氮增碳剂、金属锰分两次加入，第一次为出钢开始时，先向钢包中加10-20%的低氮增碳剂、金属锰，第二次为出钢85%时，加入余下的低氮增碳剂、金属锰；

碳化硅、低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁、低氮增碳剂的加入顺序为：先加碳化硅、再加低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁、最后加碳粉，均是按顺序连续加入；

出钢开始时，底吹流量为800-1200NL/min，出钢85%时，底吹流量为400-800NL/min，合金及碳粉全部熔于钢水后，加入合成渣进行造渣，钢包底吹流量降至150-250NL/min。

进一步的，所述步骤4中：LF炉精炼，加料与合金化时最大透气砖氩气流量400-500NL/min，升温期间最大透气砖氩气流量为300-400NL/min，其余时间最大透气砖氩气流量为100~150NL/min；

将钢水成分、温度全部调节达标后，双底吹透气砖流量均控制50-80NL/min；

LF出钢温度1560-1580℃。

进一步的，所述步骤7具体为：开坯修磨，在控制炉内气氛情况下，将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，在均热段时间控制在250~350分钟，并控制所述开坯加热炉内所述连铸坯的温度1150-1200℃，开轧温度1120-1150℃，其中，在所述炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤1.2%；

开坯后得到轧坯，对轧坯进行磁粉探伤，然后对表面全修磨，修磨深度≥0.5mm，表面有明显探伤缺陷的位置再进行点修，修磨平均深度≥1.2mm。

进一步的，所述步骤8具体为：轧制及风冷，轧坯喷涂层，将修磨后的轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度1.3-2.3mm；

在控制炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，加入段升温速度30-50℃/min，达到目标温度后保温，在炉时间控制在140-180分钟，并控制所述轧钢加热炉内所述轧坯温度1080-1150℃，开轧温度控制940-990℃，精轧入口温度900-930℃，精轧出口温度1020-1040℃，其中，在所述炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤1.2%；

将在高线轧制工序中得到的轧后所述线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在865~885℃；

采用宽幅带钢打包带对所述线材进行打包，并将打包压力控制在350-400MPa，控制表面质量。

进一步的，步骤9具体为：淬火温度控制880-920℃，保温时间45-65分钟，采用油冷。

进一步的，步骤10具体为：回火温度控制380-420℃，保温时间1.5-2.5小时，空冷。

进一步的，所述步骤1中KR到站温度≥1380℃，铁水S含量≤0.035%，C含量4.0~4.5%，Si含量0.25~0.65%、Ti含量≤0.03%、P含量≤0.10%，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素；出站温度≥1350℃，出站S含量≤0.001%；KR第一次脱硫所用脱硫剂组分：CaO含量80-90%，CaF₂含量5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%；第二次脱硫所用脱硫剂组分CaO含量70-80%，CaF₂含量10-20%，金属铝粉5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%。

进一步的，所述转炉所用清洁废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，其余为常规C、Si、Al、Mn等以及Fe元素；转炉吹炼结束C含量≥0.06%，O含量≤0.055%，P含量≤0.006%，温度≥1610℃，转炉出钢量为130~140t。

进一步的，所述转炉出钢加入的低碳增碳剂N含量≤0.035%，其余为C和不可避免的杂质元素；金属锰中Mn元素含量≥99%，其余为铁和不可避免的杂质元素；SiC中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；低钛低铝硅铁中Si含量75-80%、Al含量≤0.005%、Ti含量≤0.002%、P含量≤0.01%、S含量≤0.005%，其余为铁和不可避免的杂质元素；铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.5%、P含量≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质元素；钒铁中V含量45-50%，P含量≤0.012%，其余为铁和不可避免的杂质元素；转炉出钢所加入的合成渣主要成分包括：CaO：35-40%、SiO₂45-50%，MnO 3-5%、MgO ≤3%、Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分。

进一步的，所述LF精炼所用的钢包为镁碳砖，其中Al₂O₃含量≤2.5%，C含量≤10%，致密度2.8-3.5g/cm3，抗折强度≥38MPa，气孔率≤10%。高碱度合成渣主要成分包括：CaO55-65%、SiO₂ 15-25%、CaF₂5-10%、Al₂O₃≤1.5%，MgO≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

进一步的，所述RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材主要为镁铬超低碳砖，其中C含量≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，Al₂O₃≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

进一步的，所述中间包感应加热电流1500-1800A、电压1600-2000V，连铸钢水过热度20-25℃，中间包吨位保持48±1吨，换包时吨位40-45吨；连铸恒拉速浇注，结晶器水量2800±50NL/min，二冷段水量600±30NL/min。

进一步的，所述连铸低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO 25-35%，SiO₂ 45-55%，Al₂O₃≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分；中包内壁镁质喷涂料主要成分包括MgO≥80%，CaO 5-10%，SiO₂ 1-3%，以及其他不可避免的组分，粒度≤2mm占比70-80%，2-3mm占比20%以上，3mm以上占比≤5%。采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；保护渣主要成分CaO 20-25%，SiO₂ 40-45%，Na₂O 10-15%，MgO 3-5%，CaF₂ 20-25%，以及其他不可避免的杂质组分。

进一步的，所述浸入式水口及浸入式水口配套的塞棒材质为镁碳质，塞棒棒头MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分，密度2.4-2.7g/cm³，气孔率≤14%，抗折强度≥40MPa；浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分包括MgO含量75-80%、C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分，致密度2.4-2.6g/cm³，气孔率≤13%；内壁表面涂层厚度0.5-1.5mm，主要成分为SiO₂≥95%，CaSiO₃ 1-3%，以及其他不可避免组分。

进一步的，所述轧坯进加热炉前喷耐高温涂层防护，涂料主要成分以质量计，包括CaO•SiO₂：10-20%，CaO•Al₂O₃：10-20%，MgO•SiO₂：35-45%，SiO₂：15-25%，ZrO₂：3-5%，C：1-5%，以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂等物质组成，混合物粒度在180目以下，与水调节涂料浆密度1.3-1.6g/cm³。

本发明同时申请保护：由本发明制备高强弹簧钢的方法制备得到的高强弹簧钢。

本发明同时申请保护：由本发明制得的高强弹簧钢制备得到的高强弹簧。

弹簧钢需要较高的抗疲劳性能，故对洁净度、偏析、脱碳、表面质量等均有非常高的要求。为了获得高纯净的钢液、高均质化的铸坯以及高质量的盘条，本发明在常规冶炼工艺的基础上，首先，在铁水冶炼阶段，将钢水中的S脱至极低的水平，同时，转炉采用优质废钢，降低回硫量，综合减少精炼过程脱硫。LF精炼脱硫主要依靠大底吹、强搅拌，促进渣金反应脱硫，此方法极易导致卷渣或渣金反应改变夹杂物类型。因此，本发明在KR、转炉将S含量降至较低的水平，避免了强烈的渣金反应，使得钢水中生成大尺寸夹杂物，以便去除。选用低Ti铁水及清洁废钢进行冶炼，同时转炉采用滑板挡渣，可有效避免下渣导致回Al、Ti、P等问题，进一步避免连铸过程析出氧化铝、氧化钛、氮化钛类脆性夹杂物。

其次，在转炉吹炼阶段，采用三次造渣两次倒渣法冶炼，第一次造中低碱度渣系，转炉吹炼前期铁水温度低，利于脱磷，但不利于石灰的熔化。因此，前次降低炉渣碱度，配合使用球团，增大炉渣氧化性，促进炉渣熔化，配合大底吹搅拌，加强脱磷。同时，降低供氧流量，减缓钢水Si、C氧化速率，即减缓钢水升温速率，利于脱磷反应的进行，转炉冶炼第一阶段保持低温、中碱度、高氧化性炉渣、大底吹搅拌，确保脱磷充分，化渣效果良好，利于将脱磷渣大量排出，减少转炉脱碳阶段的回磷。转炉吹炼第二阶段主要是脱碳反应，造高碱度渣系，防止升温回磷，同时加入适量球团，保持炉渣氧化性，进一步减少回磷，采用高碱度、高氧化性炉渣，避免了回磷，进一步脱除钢水中的磷含量，然后倒出脱磷渣。第三阶段钢水中磷含量已较低，继续采用高碱度、高氧化性炉渣，进一步深脱磷，由于脱磷量整体较小，可以不用倒渣，留渣进入下一炉冶炼，减少下一炉次渣料消耗，加强前期化渣。

再次，转炉高碳出钢，控制钢水中氧含量在较低的水平，同时出钢前期先加少量的碳粉、金属锰预脱氧，进一步降低钢水氧化性，使脱氧过程形成的氧化硅、氧化铝等总量大幅降低。采用碳粉、金属锰不完全脱氧，结合钢包开中小底吹，可以避免钢水大量吸气，导致钢水中N含量大幅上升。脱氧合金化中后期加入碳化硅、低钛低铝硅铁、低碳增碳剂脱氧合金化，碳化硅可以给钢水增C、Si，减少C粉加入量，缩短因为加碳粉开强搅拌导致的吸气问题。同时也减少了氧化物夹杂生成总量。LF精炼过程钢水底吹全部采用非对称强度搅拌模式，减少同强度造成的钢水对流而使搅拌死区扩大的问题，促进了钢水循环，更有利于温度和成分均匀以及夹杂物上浮。转炉出钢过程不加渣料，加完渣料至精炼结束钢水全程开中小底吹，减弱渣金反应，精炼过程造低碱度酸性渣系，确保夹杂物为SiO₂-MnO系低熔点夹杂，减少CaO、Al₂O₃来源。

最后，采用低氧化铝含量的钢包耐材、真空炉耐材、连铸三大件等，进一步减少了氧化铝夹杂物的来源，同时对耐材质量提高要求，减少了耐材侵蚀，避免镁质外来夹杂。根据相关研究结果，氧化铝、氧化镁、镁铝尖晶石等高熔点外来夹杂才是造成弹簧疲劳断裂的主要夹杂物。RH真空处理过程前期采用深真空、高碱度渣系快速对酸性低熔点SiO₂-MnO夹杂物进行去除，中后期采用弱循环搅动模式，避免钢水对耐材持续高强度的冲刷，使少量的耐材侵蚀形成的复合夹杂物进一步上浮去除，破空后进一步软搅拌、镇静，促进夹杂物上浮，获得高纯净度钢水。

转炉出钢脱氧合金化过程开大底吹，快速完成钢水脱氧及成分均匀，然后迅速调低钢水底吹，促进脱氧产物上浮，同时避免卷渣。LF精炼全程中小底吹，加料及合金化时开中底吹，促进炉渣熔化、合金成分的均匀，其余操作均采用小底吹模式，避免卷渣，进一步促进夹杂物上浮去除；同时，LF精炼后期造高碱度渣系，弹簧钢脱氧产物主要为高SiO₂类氧化物，结合转炉出钢后期中小底吹搅拌，钢水进入精炼时残留夹杂物仍保持高SiO₂组分，而LF精炼后期高碱度渣系有利于大量吸附酸性夹杂物，且精炼后期、软搅拌过程、RH真空处理过程渣金反应比较若，避免了由于碱度过高，导致钢水中Al含量的升高，保持夹杂物为低熔点硅酸盐类夹杂。连铸过程利用高碱度镁质喷补料吸附夹杂物，同时利用中包电磁感应加热、结晶器电磁搅拌等技术进一步促进夹杂物上浮去除。

连铸过程采用窄区间稳定过热度浇注，过热度温度适中，避免了低过热度导致坯料角部硬度过大，易因为压下造成裂纹，也不会应为过热度太高，造成偏析问题突出。匹配合适的压下工艺、冷却水量，确保各区段液相区比例，采用压下量逐渐递减模式，确保总压下量不变，减弱中心偏析，同时避免压下量过大造成内部裂纹等问题；控制稳定的结晶器液面波动，可杜绝结晶器卷渣问题的发生。转炉出钢弱脱氧工艺、RH真空脱气等技术，结合连铸冷却强度控制与恒拉速浇注技术，减少析出物的产生。

加热炉采用高温加热、延长保温时间的技术思路，进一步促进合金元素的扩散均匀，减少偏析、网碳等问题，同时开辟后采用全修磨技术，消除原始铸坯表面质量问题，轧制坯采用耐高温脱层，减轻铸坯表面脱碳问题，提高组织性能均匀性。利用控轧控冷技术，得到索氏体和珠光体组织，减少马氏体和铁素体组织，获得高质量弹簧钢盘条产品。

本发明的有益效果是：

（1）常规工艺冶炼弹簧钢，一般脱硫任务主要在LF精炼工位，本发明在KR、转炉将钢水中S含量控制在极低的水平，有效避免了精炼大量脱硫造成的卷渣及夹杂物类型的改变，可有效降低夹杂物尺寸，同时，精准控制夹杂物的类型。

（2）转炉采用三次造渣两次倒渣法冶炼，最后留渣操作，既确保了获得低磷钢水，同时也可以实现高碳出钢，对控制钢水P含量、合金消耗、洁净度均非常有利。

（3）钢包、RH真空炉、连铸耐材及辅料全部选用高质量标准材质，减轻高碳、酸性渣、硅酸盐夹杂物等造成的侵蚀问题，有效控制外来夹杂物，为高品线材外来有害夹杂物提供了有效的控制方法。

（4）独创性的提出了双底吹钢包全流程非对称流量控制方法，有效降低了对流造成的钢液搅动死区，大幅促进了夹杂物的上浮去除，也降低了气体的消耗，对钢水质量和降低成本均有积极意义。

（5）全流程系统设计考虑钢中各类杂质元素及夹杂物控制，降低钢中杂质元素含量和气体含量，同时大幅降低内生和外来夹杂物尺寸和数量，显著提高了钢水洁净度。

（6）精准设计转炉出钢脱氧合金化工艺方式，打破传统工艺方法，设计转炉出钢先采用碳粉、金属锰弱脱氧，结合碳化硅强脱氧及增碳，避免脱氧合金化过程吸气及精准控制SiO₂-MnO类低熔点夹杂；LF精炼及RH真空采用变碱度操作工艺方式，加强脱氧和促进夹杂物吸附，既降低了夹杂物数量及尺寸，同时控制了低熔点塑性夹杂物类型。

（7）采用精准分段式压下工艺，结合加热炉高温、长时保温技术，进一步促进元素扩散均匀，并采用表面全修磨、耐高温涂层技术，有效控制铸坯表层脱碳问题，全方位的提升铸坯质量。

本发明采取了深脱硫、转炉高碳及低磷出钢控制钢水S、P含量；转炉出钢加碳粉和金属锰脱氧合金化、精炼过程变渣系控制夹杂物类型，RH过程通过降低浸渍管插入深度、提升气体流量等降低循环流量，减轻对耐材的侵蚀，加强夹杂物去除等，提高洁净度；结合耐材、合金及辅料部分理化指标控制，减少外来脆性夹杂物；连铸采用根据铸机位置精准压下等技术，减轻偏析；高温加热、坯料防护、增加加热时间等减轻偏析，提高盘条质量等。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

高强弹簧钢化学成分按质量百分数计包括：C：0.50-0.65%、Si：1.35-1.65%、Mn：0.60-0.80%、Cr：0.55-0.80%、V：0.10-0.30%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、Mo≤0.005%、P≤0.007%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Al≤0.0015%、Ti≤0.0008%。

高强弹簧钢线材金相组织中，包括索氏体和珠光体，以体积百分比计≥95%，马氏体和铁素体含量总量≤5%。

高强弹簧钢线材横截面上偏析最严重区域与其他基体区域，以质量百分比计，碳含量比值≤1.05、Cr含量比值≤1.15、Mn含量比值≤1.15，且硬度差≤20HV。

高强弹簧钢线材表面无折叠，表面最大深度≤25μm，所述线材直径为D，其表面脱碳层最大深度≤D*0.2%mm，且其表面无全脱碳层。

高强弹簧钢线材中5μm以上夹杂物数量密度≤0.15个/mm²，在GB/T10561标准下的A、B、C、D类夹杂物评级均≤1.0级，Ds类夹杂物评级≤0.5级；钢中夹杂物主要为SiO₂-MnO-(CaO-Al₂O₃-MgO)类夹杂物，其中(CaO-Al₂O₃-MgO)≤25%。

高强弹簧钢线材制备成的弹簧钢产品强度≥2000MPa，疲劳寿命≥100万次。

高强弹簧钢的制备过程：按铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空—大方坯连铸—热装热送—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条—淬火—回火工艺流程进行生产，按照发明方法生产的高强弹簧钢，T.O含量≤0.0010%，钢中夹杂物主要为SiO₂-MnO-(CaO-Al₂O₃-MgO)类夹杂物，其中(CaO-Al₂O₃-MgO)≤25%，5μm以上夹杂物数量密度≤0.15个/mm²，且A、B、C、D类夹杂物评级均≤1.0级，Ds类夹杂物评级≤0.5级，盘条包括索氏体和珠光体，以体积百分比计≥95%，马氏体和铁素体含量总和≤5%，采用所述的线材制备的弹簧强度≥2000MPa，疲劳寿命≥100万次。

具体制备方法为：

步骤1：KR铁水预处理，铁水到站后先进行扒渣处理，扒除表层炉渣，然后加入脱硫剂进行脱硫，S含量脱至0.005%以下，进行扒渣处理，浮渣块占整个铁水面的面积比≤10%，再加入脱硫剂进行第二次脱硫，S含量脱至0.001%以下，再进行扒渣处理，同时接通铁包底吹，将炉渣扒除干净，浮渣块占整个铁水面的面积比≤5%。

KR到站温度≥1380℃，铁水S含量≤0.035%，C含量4.0~4.5%，Si含量0.25~0.65%、Ti含量≤0.03%、P含量≤0.10%，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素；出站温度≥1350℃，出站S含量≤0.001%；KR第一次脱硫所用脱硫剂组分：CaO含量80-90%，CaF₂含量5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%；第二次脱硫所用脱硫剂组分CaO含量70-80%，CaF₂含量10-20%，金属铝粉5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%。

步骤2：转炉冶炼，转炉装入量为140-150t，铁水比80-90%，选用清洁废钢冶炼，转炉采用三渣留渣法冶炼，转炉吹炼前期采用开大底吹搅拌（5-10Nm³/min）、顶枪吹氧流量为24000-26000Nm³/h，加入球团、石灰造渣，炉渣碱度1.8-2.2，渣中T.Fe含量20-30%，第一阶段结束钢水温度1400-1450℃，然后倒渣，倒出炉渣≥70%；第二阶段吹炼，底吹流量为3-6Nm³/min，顶枪吹氧流量为32000-36000Nm³/h，加石灰、轻烧、球团造渣，炉渣碱度3.0-4.0，渣中T.Fe含量15-25%，吹炼至C含量≤0.5%时，开始倒渣，倒出炉渣≥60%，然后进行第三次造渣吹炼，底吹流量为5-10Nm³/min，顶枪吹氧流量为30000-34000Nm³/h，炉渣碱度≥5.0，渣中T.Fe含量15-25%，吹炼结束采用滑板挡渣，出钢留渣，进行下一炉冶炼。

转炉所用清洁废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，其余为常规C、Si、Al、Mn等以及Fe元素；转炉吹炼结束C含量≥0.06%，O含量≤0.055%，P含量≤0.006%，温度≥1610℃，转炉出钢量为130~140t。

步骤3：出钢开始时，先向钢包中加10-20%的低氮增碳剂、金属锰进行脱氧合金化，底吹流量为800-1200NL/min，出钢85%时加入碳化硅、低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁及余下低氮增碳剂，底吹流量为400-800NL/min，合金及碳粉全部熔于钢水后，加入合成渣进行造渣，钢包底吹流量降至150-250NL/min，搅拌3-5min后运至LF进行处理；

转炉出钢加入的低碳增碳剂N含量≤0.035%，其余为C和不可避免的杂质元素；金属锰中Mn元素含量≥99%，其余为铁和不可避免的杂质元素；SiC中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；低钛低铝硅铁中Si含量75-80%、Al含量≤0.005%、Ti含量≤0.002%、P含量≤0.01%、S含量≤0.005%，其余为铁和不可避免的杂质元素；铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.5%、P含量≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质元素；钒铁中V含量45-50%，P含量≤0.012%，其余为铁和不可避免的杂质元素；转炉出钢所加入的合成渣主要成分包括：CaO：35-40%、SiO₂ 45-50%，MnO 3-5%、MgO ≤3%、Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分。

步骤4：LF炉精炼，全程开启底吹氩气，双透气砖流量控制比例为1:3-1:2，加料与合金化时最大透气砖氩气流量400-500NL/min，升温期间最大透气砖氩气流量为300-400NL/min，其余时间最大透气砖氩气流量为100~150NL/min；精炼过程炉渣碱度控制在0.5-0.8，将钢水成分、温度全部调节达标后，加入高碱度合成渣，将炉渣碱度调整为1.5-2.0，双底吹透气砖流量均控制50-80NL/min，搅拌3-5min后出钢。

LF精炼所用的钢包为镁碳砖，其中Al₂O₃含量≤2.5%，C含量≤10%，致密度2.8-3.5g/cm³，抗折强度≥38MPa，气孔率≤10%。高碱度合成渣主要成分包括：CaO 55-65%、SiO₂15-25%、CaF₂ 5-10%、Al₂O₃≤1.5%，MgO≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

步骤5：RH炉精炼，RH进站快速抽真空处理，真空室工作压力≤1mbar，提升气体流量为150-200Nm³/h，处理时间≥15min，然后钢包下降10-30cm，关闭E4、E5两级真空泵，升高真空室压力至10mbar以上，提升气体流量为100-150N m³/min，循环≥5min后，破空进行软搅拌和镇静处理，软搅拌时间10-15min，软搅拌时双透气砖流量控制比例为1:3-1:2，最大透气砖底吹氩气流量为60-90NL/min，软搅拌结束钢水静置≥10min，运至连铸浇注。

RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材主要为镁铬超低碳砖，其中C含量≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，Al₂O₃≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

步骤6：采用大方坯连铸，断面300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，中包感应加热电流1500-1800A、电压1600-2000V，连铸钢水过热度20-25℃，中间包吨位保持48±1吨，换包时吨位40-45吨；

结晶器水量2800±50NL/min，二冷段水量600±30NL/min，结晶器液位波动≤2mm，结晶器电磁搅拌电流450-650A，频率6-8Hz，连铸恒拉速浇注，连铸拉速控制在0.5-0.7m/min，压下量控制控制分布，4段：3.5-4.5mm、5段：3~4mm、6段：2.5-3.5mm、7段：2-3、8段：1.5-2.5mm、9段：1-2mm、10段以后0.5-1mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05。

连铸低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO 25-35%，SiO₂ 45-55%，Al₂O₃≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分；中包内壁镁质喷涂料主要成分包括MgO≥80%，CaO 5-10%，SiO₂1-3%，以及其他不可避免的组分，粒度≤2mm占比70-80%，2-3mm占比20%以上，3mm以上占比≤5%。采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；保护渣主要成分CaO 20-25%，SiO₂40-45%，Na₂O 10-15%，MgO 3-5%，CaF₂20-25%，以及其他不可避免的杂质组分。

塞棒、水口材质主要为镁碳质，塞棒棒头MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分，密度2.4-2.7g/cm³，气孔率≤14%，抗折强度≥40MPa；浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分包括MgO含量75-80%、C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分，致密度2.4-2.6g/cm³，气孔率≤13%；内壁表面涂层厚度0.5-1.5mm，主要成分为SiO₂ ≥95%，CaSiO₃ 1-3%，以及其他不可避免组分。

步骤7：开坯修磨，在控制炉内气氛情况下，将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，在均热段时间控制在250~350分钟，并控制所述开坯加热炉内所述连铸坯的温度1150-1200℃，开轧温度1120-1150℃，其中，在所述炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤1.2%；

步骤8：轧制及风冷，轧坯喷涂层，将修磨后的轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度1.3-2.3mm；

在控制炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，加入段升温速度30-50℃/min，达到目标温度后保温，在炉时间控制在140-180分钟，并控制所述轧钢加热炉内所述轧坯温度1080-1150℃，开轧温度控制940-990℃，精轧入口温度900-930℃，精轧出口温度1020-1040℃，其中，在所述炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤1.2%。

轧坯进加热炉前喷耐高温涂层防护，涂料主要成分CaO•SiO₂：10-20%，CaO•Al₂O₃：10-20%，MgO•SiO₂：35-45%，SiO₂：15-25%，ZrO₂：3-5%，C：1-5%，以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂等物质组成，混合物粒度在180目以下，与水调节涂料浆密度1.3-1.6g/cm³。

将在高线轧制工序中得到的轧后所述线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在865~885℃。

步骤9：淬火温度控制880-920℃，保温时间45-65分钟，采用油冷。

步骤10：回火温度控制380-420℃，保温时间1.5-2.5小时，空冷。

实施例

高强弹簧钢的制备过程：按铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空—大方坯连铸—热装热送—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条—淬火—回火工艺流程进行生产。

步骤1：KR铁水预处理

铁水运至KR处理工位后，先扒除高炉带来的初始铁水渣，然后加入脱硫剂进行脱硫，KR第一次脱硫所用脱硫剂组分：CaO含量80-90%，CaF₂含量5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%。将铁水S含量脱到0.005%以下，再扒除脱硫渣，浮渣块占整个铁水面的面积比≤10%。然后加入脱硫剂进行第二次脱硫处理，第二次脱硫所用脱硫剂组分CaO含量70-80%，CaF₂含量10-20%，金属铝粉5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%。将铁水S含量深脱硫至0.0010%以下，然后再扒渣，扒渣时开通铁包底吹赶渣。KR脱硫技术将铁水运至转炉进行吹炼。

表1 KR到站铁水主要参数

表2 KR脱硫处理主要参数

步骤2：转炉冶炼

转炉装入脱硫后的铁水和清洁废钢后开始吹炼，转炉采用三次造成、两次倒渣留渣法冶炼转炉吹炼前期采用开大底吹搅拌、适当降低顶枪吹氧流量，加入球团、石灰造渣，控制第一阶段吹炼结束炉渣碱度、氧化性、钢水温度，然后倒渣，倒出炉渣≥70%；然后进入第二阶段吹炼，适当降低底吹流量，增大顶枪吹氧流量，加石灰、轻烧、球团造渣，控制第二阶段炉渣碱度、氧化性，吹炼至C含量≤0.5%时，开始倒渣，倒出炉渣≥60%；然后进行第三次造渣吹炼，再增大底吹流量，适量降低顶枪吹氧流量，控制第三阶段炉渣碱度、氧化性。转炉吹炼结束采用滑板挡渣，出钢量为130~140t，出钢留渣，进行下一炉冶炼。

转炉所用清洁废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，其余为常规C、Si、Al、Mn等以及Fe元素。

表3 转炉冶炼主要参数

表4 转炉冶炼过程关键指标情况

步骤3：转炉出钢

转炉出钢开始时，钢包开大底吹流量搅拌，并向钢包中加10-20%的低氮增碳剂、金属锰；出钢85%时，钢包开中等强度底吹搅拌，并加入余下的合金和低氮增碳剂。碳化硅、低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁、低氮增碳剂的加入顺序为：先加碳化硅、再加低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁、最后加碳粉，均是按顺序连续加入；合金及碳粉全部熔于钢水后，加入合成渣进行造渣，进一步降低钢包底吹流量搅拌。然后将钢水运至LF精炼进行处理。

表5 转炉出钢过程底吹流量

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步骤4：LF精炼

LF精炼全程开启底吹氩气，双透气砖流量控制比例为1:3-1:2，精炼过程炉渣碱度控制在0.5-0.8，将钢水成分、温度全部调节达标后，加入高碱度合成渣，将炉渣碱度调整为1.5-2.0，搅拌3-5min后出钢，运至RH进行处理。LF精炼过程根据合金化、升温、化渣、等待等不同操作条件底吹流量。

表6 LF精炼过程主要参数

表7 LF精炼过程底吹控制情况

步骤5：RH真空处理

钢水运至处理工位后，RH快速抽真空处理，将真空室工作压力降至最低，开大提升气体流量进行循环脱气，脱气一定时间后，钢包下降10-30cm，并关闭E4、E5两级真空泵，升高真空室压力，并降低提升气体流量，循环处理后，破空进行软搅拌和镇静处理，再运至连铸浇注。

表8 RH处理过程主要工艺参数

表9 RH处理过程底吹控制情况

步骤6：大方坯连铸

RH处理结束的钢水运至连铸，采用大方坯连铸，断面300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，保持换包和连铸浇注过程中间包钢水重量的稳定。结晶器采用电磁搅拌，控制冷却强度，连铸恒拉速浇注，连铸过程压下量控制控制分布按，4段：3.5-4.5mm、5段：3~4mm、6段：2.5-3.5mm、7段：2-3、8段：1.5-2.5mm、9段：1-2mm、10段以后0.5-1mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05。

表10 连铸中间包主要工艺参数

表11 连铸结晶器主要工艺参数

连铸所用的塞棒、水口材质主要为镁碳质，塞棒棒头MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分，密度2.4-2.7g/cm³，气孔率≤14%，抗折强度≥40MPa；浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分包括MgO含量75-80%、C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分，致密度2.4-2.6g/cm³，气孔率≤13%；内壁表面涂层厚度0.5-1.5mm，主要成分为SiO₂ ≥95%，CaSiO₃ 1-3%，以及其他不可避免组分。

步骤7：开坯修磨

将上述生产过程获得大方坯铸坯进行开坯轧制。在控制炉内气氛情况下，将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，控制坯料温度、保温时间、开轧温度，炉内气氛等关键工艺参数。开坯后得到轧坯，对轧坯进行磁粉探伤，然后对表面全修磨，表面有明显探伤缺陷的位置再进行点修，确保轧坯料表面无缺陷。

表12 开坯修磨主要工艺参数

步骤8：轧制及风冷

将开坯修磨后得到的轧坯喷耐高温涂层，然后转入加热炉加热。在控制炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，控制升温速率、在炉时间、坯料温度、开轧温度、精轧温度、炉内气氛等关键工艺参数。将在高线轧制工序中得到的轧后所述线材进行控温风冷冷却，冷却后得到的盘条采用宽幅带钢打包带对所述线材进行打包，并将打包压力控制在350-400MPa，控制表面质量。

表13 轧制及风冷主要工艺参数

步骤9：热处理工艺

将获得的高质量弹簧钢盘条进行热处理，制备高强度、高质量的弹簧钢产品。

表14 热处理主要工艺参数

采用KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理冶炼工艺获得的钢水成分如下：

表15 高强弹簧钢盘条主要化学成分

表16 高强弹簧钢盘条中杂质元素成分

通过本发明连铸、开坯及轧制工艺获得盘条线材金相组织按体积百分比统计；高强弹簧钢线材横截面上偏析最严重区域与其他基体区域，以质量百分比计；高强弹簧钢线材横截面上偏析最严重区域与其他基体区域，以质量百分比计；

表17 高强弹簧钢盘条组织及元素指标测量结果

高强弹簧钢盘条表面无折叠，所述线材直径为D，其表面脱碳层最大深度≤D*0.2%mm，且其表面无全脱碳层。高强弹簧钢盘条中大尺寸夹杂物、脆性高熔点夹杂物数量少，在GB/T10561标准下的A、B、C、D类夹杂物评级均≤1.0级，Ds类夹杂物评级≤0.5级；钢中夹杂物主要为SiO₂-MnO-(CaO-Al₂O₃-MgO)类夹杂物，其中(CaO-Al₂O₃-MgO)≤25%。

使用获得的高纯净度高质量盘条进行热处理后制备的弹簧，具有高前度、高疲劳寿命。

表18盘条表面缺陷和夹杂物检验结果及制备的弹簧性能

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种高强弹簧钢，其特征在于，所述高强弹簧钢化学成分按质量百分数计包括：C：0.50-0.65%、Si：1.35-1.65%、Mn：0.60-0.80%、Cr：0.55-0.80%、V：0.10-0.30%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、Mo≤0.005%、P≤0.007%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Al≤0.0015%和Ti≤0.0008%。

2.根据权利要求1所述的高强弹簧钢，其特征在于，所述高强弹簧钢线材金相组织中，以体积百分比计，索氏体和珠光体≥95%，马氏体和铁素体含量总和≤5%，采用所述的高强弹簧钢线材制备的弹簧强度≥2000MPa，疲劳寿命≥100万次。

3.根据权利要求1所述的高强弹簧钢，其特征在于，所述高强弹簧钢线材横截面上偏析最严重区域与其他基体区域，以质量百分比计，碳含量比值≤1.05、Cr含量比值≤1.15、Mn含量比值≤1.15，且硬度差≤20HV。

4.据权利要求1所述的高强弹簧钢，其特征在于，所述高强弹簧钢线材表面无折叠，表面最大深度≤25μm，定义所述高强弹簧钢线材直径为D mm，则其表面脱碳层最大深度≤D*0.2%mm，且其表面无全脱碳层。

5.根据权利要求1所述的高强弹簧钢，其特征在于，所述高强弹簧钢线材中夹杂物包括SiO₂-MnO-(CaO-Al₂O₃-MgO)类夹杂物，其中(CaO-Al₂O₃-MgO)质量占比≤25%，5μm以上夹杂物数量密度≤0.15个/mm²，在GB/T10561标准下的A、B、C、D类夹杂物评级均≤1.0级，Ds类夹杂物评级≤0.5级。

6.制备如权利要求1-5任一所述高强弹簧钢的方法，其特征在于，按KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空—大方坯连铸—热装热送—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条—淬火—回火工艺流程进行生产；具体包括以下步骤：

步骤5：RH炉精炼：RH炉进站快速抽真空处理，真空室工作压力≤1mbar，提升气体流量为150-200Nm³/h，处理时间≥15min，然后钢包下降10-30cm，关闭E4、E5两级真空泵，升高真空室压力至10mbar以上，提升气体流量降低为100-150N m³/min，循环≥5min后，破空；

步骤6：大方坯连铸；

步骤7：开坯修磨，高温加热，改善坯料偏析及表面质量；

步骤8：轧制及风冷，控制冷却强度，改进盘条组织及性能；

步骤9：淬火；

步骤10：回火。

7.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：铁水运到KR处理工位，第一次扒渣，扒除高炉出铁带来的铁水渣，扒除表层炉渣；

第二次扒渣为：第一次扒渣结束后向铁水中加脱硫剂脱硫，S脱到0.005%以下后，再扒除脱硫渣，浮渣块占整个铁水面的面积比≤10%；

第三次扒渣为：在第二次扒渣后继续加脱硫剂进一步深脱硫至0.0010%以下，然后再扒渣；第三次扒渣时，开通铁包底吹赶渣，底吹氩气流量200-300NL/min。

8.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：转炉采用三渣留渣法冶炼，转炉吹炼前期采用开大底吹搅拌，大底吹的流量为5-10Nm³/min，顶枪吹氧流量为24000-26000Nm³/h，加入球团、石灰造渣，炉渣碱度1.8-2.2，渣中T.Fe含量20-30%，第一阶段结束钢水温度1400-1450℃，然后倒渣，倒出炉渣≥70%；

第二阶段吹炼，底吹流量为3-6Nm³/min，顶枪吹氧流量为32000-36000Nm³/h，加石灰、轻烧、球团造渣，炉渣碱度3.0-4.0，渣中T.Fe含量15-25%，吹炼至C含量≤0.5%时，开始倒渣，倒出炉渣≥60%；

然后进行第三次造渣吹炼，底吹流量为5-10Nm³/min，顶枪吹氧流量为30000-34000Nm³/h，炉渣碱度≥5.0，渣中T.Fe含量15-25%，吹炼结束采用滑板挡渣，出钢留渣，进行下一炉冶炼。

9.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤3中：低氮增碳剂、金属锰分两次加入，第一次为出钢开始时，先向钢包中加10-20%的低氮增碳剂、金属锰，第二次为出钢85%时，加入余下的低氮增碳剂、金属锰；

碳化硅、低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁、低氮增碳剂的加入顺序为：先加碳化硅，再加低钛低铝硅铁、金属锰、铬铁、钒铁，最后加碳粉，均是按顺序连续加入；

10.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤4中：LF炉精炼，加料与合金化时最大透气砖氩气流量400-500NL/min，升温期间最大透气砖氩气流量为300-400NL/min，其余时间最大透气砖氩气流量为100~150NL/min；

LF出钢温度1560-1580℃。

11.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤5中：RH破空后进行软搅拌和镇静处理，软搅拌时间10-15min，软搅拌时双透气砖流量控制比例为1:3-1:2，最大透气砖底吹氩气流量为60-90NL/min，软搅拌结束钢水静置≥10min，运至连铸浇注。

12.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤6：大方坯连铸，断面300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，结晶器液位波动≤2mm，结晶器电磁搅拌电流450-650A，频率6-8Hz，连铸拉速控制在0.5-0.7m/min，压下量控制分布，4段：3.5-4.5mm、5段：3~4mm、6段：2.5-3.5mm、7段：2-3、8段：1.5-2.5mm、9段：1-2mm、10段以后0.5-1mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05。

13.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤7具体为：开坯修磨，在控制炉内气氛情况下，将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，在均热段时间控制在250~350分钟，并控制所述开坯加热炉内所述连铸坯的温度1150-1200℃，开轧温度1120-1150℃，其中，在所述炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤1.2%；

14.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤8具体为：轧制及风冷，轧坯喷涂层，将修磨后的轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度1.3-2.3mm；

在控制炉内气氛情况下，将喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，加入段升温速度30-50℃/min，达到目标温度后保温，在炉时间控制在140-180分钟，并控制轧钢加热炉内所述轧坯温度1080-1150℃，开轧温度控制940-990℃，精轧入口温度900-930℃，精轧出口温度1020-1040℃，其中，在炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤1.2%；

将在高线轧制工序中得到的轧后线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在865-885℃；

15.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤9具体为：淬火温度控制880-920℃，保温时间45-65分钟，采用油冷。

16.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤10具体为：回火温度控制380-420℃，保温时间1.5-2.5小时，空冷。

17.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤1中KR到站温度≥1380℃，铁水S含量≤0.035%，C含量4.0~4.5%，Si含量0.25~0.65%、Ti含量≤0.03%、P含量≤0.10%，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素；出站温度≥1350℃，出站S含量≤0.001%。

18.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述KR第一次脱硫所用脱硫剂组分：CaO含量80-90%，CaF₂含量5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%；

第二次脱硫所用脱硫剂组分CaO含量70-80%，CaF₂含量10-20%，金属铝粉5-10%，脱硫剂粒度1-5mm占比≥90%。

19.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述步骤2中转炉所用清洁废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，其余为常规C、Si、Al、Mn以及Fe元素；转炉吹炼结束C含量≥0.06%，O含量≤0.055%，P含量≤0.006%，温度≥1610℃，转炉出钢量为130~140t。

20.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述转炉出钢加入的低碳增碳剂N含量≤0.035%，其余为C和不可避免的杂质元素；

金属锰中Mn元素含量≥99%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

SiC中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；

低钛低铝硅铁中Si含量75-80%、Al含量≤0.005%、Ti含量≤0.002%、P含量≤0.01%、S含量≤0.005%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.5%、P含量≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质元素；钒铁中V含量45-50%，P含量≤0.012%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

转炉出钢所加入的合成渣主要成分包括：CaO：35-40%、SiO₂ 45-50%，MnO 3-5%、MgO ≤3%、Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分。

21.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述LF精炼所用的钢包为镁碳砖，其中Al₂O₃含量≤2.5%，C含量≤10%，致密度2.8-3.5g/cm³，抗折强度≥38MPa，气孔率≤10%；

高碱度合成渣主要成分包括：CaO 55-65%、SiO₂ 15-25%、CaF₂ 5-10%、Al₂O₃≤1.5%，MgO≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

22.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材为镁铬超低碳砖，以质量含量计，其中C≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，Al₂O₃≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

23.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述中间包感应加热电流1500-1800A、电压1600-2000V，连铸钢水过热度20-25℃，中间包吨位保持48±1吨，换包时吨位40-45吨；连铸恒拉速浇注，结晶器水量2800±50NL/min，二冷段水量600±30NL/min。

24.根据权利要求6所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述连铸低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO 25-35%，SiO₂ 45-55%，Al₂O₃≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分；

中包内壁镁质喷涂料主要成分包括MgO≥80%，CaO 5-10%，SiO₂ 1-3%，以及其他不可避免的组分，粒度≤2mm占比70-80%，2-3mm占比20%以上，3mm以上占比≤5%；

采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；

保护渣主要成分CaO 20-25%，SiO₂ 40-45%，Na₂O 10-15%，MgO 3-5%，CaF₂ 20-25%，以及其他不可避免的杂质组分。

25.根据权利要求24所述的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述浸入式水口及浸入式水口配套的塞棒材质为镁碳质，塞棒棒头MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分，密度2.4-2.7g/cm³，气孔率≤14%，抗折强度≥40MPa；

浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分包括MgO含量75-80%、C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分，致密度2.4-2.6g/cm³，气孔率≤13%；内壁表面涂层厚度0.5-1.5mm，主要成分为SiO₂ ≥95%，CaSiO₃ 1-3%，以及其他不可避免组分。

26.根据权利要求13的制备高强弹簧钢的方法，其特征在于，所述轧坯进加热炉前喷耐高温涂层防护，涂料成分以质量计，包括CaO•SiO₂：10-20%，CaO•Al₂O₃：10-20%，MgO•SiO₂：35-45%，SiO₂：15-25%，ZrO₂：3-5%，C：1-5%，以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂，混合物粒度在180目以下，与水调节涂料浆密度1.3-1.6g/cm³。

27.由权利要求7-26任一所述的制备高强弹簧钢的方法制备得到的高强弹簧钢。

28.由权利要求27所述的高强弹簧钢制备得到的高强弹簧。