CN117926132A - 冷拉弹簧钢丝、冷拉弹簧钢丝用热轧盘条及其制备方法 - Google Patents

冷拉弹簧钢丝、冷拉弹簧钢丝用热轧盘条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种冷拉弹簧钢丝、冷拉弹簧钢丝用热轧盘条及其制备方法。冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.80～0.84％，Si0.40～0.55％，Mn 0.65～0.85％，V 0.08～0.10％，S≤0.004％，P≤0.010％，O≤0.002％，N≤0.004％，且Si+10V＝1.30～1.40％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的盘条抗拉强度从常用65Mn盘条的1000MPa提高到1250MPa以上，屈强比从0.65以下提高到0.70以上，还可省略中间丝热处理，直接拉拔即可生产满足GB/T4357‑2009要求的汽车弹簧用钢丝。

Description

冷拉弹簧钢丝、冷拉弹簧钢丝用热轧盘条及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁材料制备技术领域，涉及一种冷拉弹簧钢丝用热轧盘条，还涉及一种采用冷拉弹簧钢丝用热轧盘条拉拔制备得到的冷拉弹簧钢丝，还涉及一种冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法。
背景技术
随着我国汽车工业的迅猛发展，作为减震和功能部件的弹簧，市场需求量越来越大，并呈现出向经济性和高性能化方向发展的趋势。经济性包括减少使用量和降低工序成本两个方面，高性能主要指弹簧的抗拉强度高、弹性极限高、耐疲劳性能优异。
现有汽车弹簧用钢丝一般采用65Mn盘条经酸洗、磷化、拉拔、热处理、拉拔而成，65Mn盘条的主要成分大致包括C 0.65％、Si 0.25％、Mn 0.95％。但是65Mn盘条的抗拉强度只有1000MPa左右，在制备弹簧钢丝时，为了满足汽车用弹簧钢丝的技术要求，需要经过中间丝热处理及两次拉拔，不仅工序成本高，成品钢丝的强度等级也难以支撑汽车轻量化对弹簧产品的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷拉弹簧钢丝、冷拉弹簧钢丝用热轧盘条及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种冷拉弹簧钢丝用热轧盘条，所述盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.80～0.84％，Si 0.40～0.55％，Mn 0.65～0.85％，V 0.08～0.10％，S≤0.004％，P≤0.010％，O≤0.002％，N≤0.004％，且Si+10V＝1.30～1.40％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述盘条的直径为6.5～9.0mm，抗拉强度≥1250MPa，断面收缩率≥30％，屈强比≥0.70。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述盘条的组织中，索氏体的百分比≥90％，晶粒度≥8级，网状碳化物≤1级，马氏体组织≤1级。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式还提供了一种冷拉弹簧钢丝，采用如上所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条直接拉拔制备而成。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述钢丝的直径为2.2～4.0mm，抗拉强度为1800～2200MPa，屈强比≥0.85，扭转次数≥20次，自身缠绕≥5圈，疲劳寿命≥2×106次。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式还提供了一种如上所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，包括依序进行的：
(1)铁水预脱硫工序，以制得温度＞1300℃、S含量≤0.008％的脱硫后铁水；
(2)转炉冶炼工序，将脱硫后铁水送入转炉中与废钢混合后进行冶炼，冶炼时采用双渣法进行两阶段脱磷，两阶段脱磷的渣料均采用碱性渣，并控制转炉终渣的目标碱度为3.3～3.7，转炉冶炼终点的钢水中，C含量为0.05～0.30％、P≤0.010％、S＜0.010％，出钢温度≥1620℃，出钢1/5时按照低钛低铝硅铁、金属锰、低碳铬铁、铝块、碳粉、石灰的顺序向钢水中加入合金及渣料；
(3)LF炉精炼工序，将转炉冶炼工序所出钢水送入LF炉中进行化学成分调整、温度调控、造白渣和合金化，精炼全程底吹氩气，精炼处理时间≥35min，精炼终渣中T.Fe+MnO＜1.5％，精炼结束向钢水中喂入100～150m的钙线，控制LF炉精炼终点的钢水中的S≤0.004％、O≤0.002％、N≤0.004％，之后向钢水表面加入碳化稻壳进行保温并对钢水进行软搅拌，软搅拌时间≥25min，之后出钢，出钢温度为1520～1530℃；
(4)大方坯连铸工序，采用大包长水口及氩封、高碱度中间包覆盖剂、整体水口全保护浇注，对中间包进行感应加热，控制中间包的过热度为15～25℃，采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌的电流为750A、搅拌频率为1.5Hz，结晶器水流量为3000±25L/min，进出水温差＜10℃，末端电磁搅拌的电流为500A、搅拌频率为12Hz；
(5)开坯工序，将连铸所得大方坯加热后进行开坯，得到135mm×135mm～145mm×145mm的小方坯；
(6)轧制工序，将小方坯在1140～1180℃下加热60～80min后，经6道次粗轧、2道次中轧、6道次预精轧和4～10道次精轧，轧制成φ6.5～9.0mm的盘条，精轧入口温度为930±10℃，吐丝温度900±10℃；
(7)控制冷却工序，采用斯太尔摩风冷线进行控温冷却，入口段的辊速为0.9～1.1m/s，出口段的辊速为0.7～1.0m/s，1#～5#段辊道的风机打开且风量依次为70～90％、60～80％、50～70％、30～50％、0～30％，1#～5#段辊道的保温罩全部打开，6#～9#段辊道的保温罩全部关闭、风机全部关闭，10#～12#段辊道的保温罩全部打开、风机全部关闭，盘条进入6#段辊道时的温度≤640℃，盘条出9#段辊道时的温度≥550℃。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述铁水预脱硫工序中，将高炉铁水送入KR脱硫装置中进行预脱硫，所述高炉铁水中，Ti＜0.080％、S＜0.040％、P＜0.12％。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述转炉冶炼工序中，两阶段脱磷的渣料中，MgO含量为8.0～10.0％；出钢时钢包底吹氩气的流量为300～600NL/min，出钢结束向钢水中补加碳粉并控制底吹氩气的流量为600～1200NL/min，碳粉补加完成后控制底吹氩气的流量为200～400NL/min。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述LF炉精炼工序中，钢包就位后通电并开启底吹氩气搅拌2～3min，氩气流量为300～400NL/min，通电4～5min后对钢水成分进行取样检测，并将钢水的化学成分调整到目标范围，之后向钢水中添加石灰和萤石造白渣，之后加入0.7-0.9kg/t的钒铁，白渣时间≥15min。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述大方坯连铸工序中，控制大方坯中B类脆性夹杂物等级≤1.5级，控制大方坯中心碳偏析指数≤1.1。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述大方坯连铸工序中，连铸拉速为0.65±0.02m/min，拉矫机压下量为20～22mm。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述制备方法还包括在所述开坯工序前的缓冷工序；
所述缓冷工序中，将连铸所得大方坯吊装入缓冷坑中，采用井字式堆放并加盖保温，入坑温度≥650℃，冷速≤10℃/h，出坑温度≤200℃，之后堆冷。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述开坯工序中，加热温度为1200～1230℃，加热时间为240～270min。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制冷却工序中，1#～12#段辊道中自前向后相邻辊道的辊速之比为0.8～1.2，其中5#、7#、9#段辊道的头部分别低于4#、6#、8#段辊道的尾部，且5#、7#、9#段辊道的辊速分别大于4#、6#、8#段辊道的辊速。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)所述盘条的化学成分设计中，将Si含量从现有常用的65Mn盘条的0.25％提高到0.40～0.55％，将Mn含量从常用65Mn盘条的0.95％降低到0.65～0.85％，通过添加V，并限定了Si、V的含量关系及范围，结合对各化学元素及含量之间的相互配合，使本申请盘条的抗拉强度从常用65Mn盘条的1000MPa提高到1250MPa以上，屈强比从0.65以下提高到0.70以上，而且降低了对盘条韧性的伤害，还可以省略传统工艺的中间丝热处理工序，降低了工序成本，实现了直接拉拔即可生产汽车弹簧用钢丝，且所得钢丝具有较高的弹性极限和优异的耐疲劳性能，能承受足够的扭转和缠绕次数，可满足GB/T4357-2009中SH型弹簧钢丝的技术要求。
(2)基于化学成分设计方案，热轧盘条的制备方法通过钢水冶炼降低了钢水中的杂质、夹杂物含量，提高了纯净度，进一步通过采用大方坯连铸、开坯的二火成材工艺，降低了小方坯的中心偏析，进一步结合对轧制、冷却工艺的控制，使最终制备的盘条具有均匀的显微组织和优异的力学性能，相较于现有常用的65Mn盘条，其抗拉强度自1000MPa提高到1250MPa以上，屈强比从0.65以下提高到0.70以上，且该盘条可以直接拉拔制备冷拉弹簧钢丝，省略了传统工艺的中间丝热处理工序，降低了工序成本，且所得冷拉弹簧钢丝满足GB/T4357-2009《冷拉碳素弹簧钢丝》中SH型φ2.2-4.0mm弹簧钢丝的技术要求，同时具备较高的弹性极限和优异的抗疲劳性能，满足汽车弹簧用钢丝的使用要求。
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。
本发明一实施方式提供了一种冷拉弹簧钢丝用热轧盘条，其是用于通过冷拉拔之后得到细规格弹簧钢丝的母线材。
所述盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.80～0.84％，Si 0.40～0.55％，Mn 0.65～0.85％，V 0.08～0.10％，S≤0.004％，P≤0.010％，O≤0.002％，N≤0.004％，且Si+10V＝1.30～1.40％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式的所述盘条的化学成分设计中，将Si含量从现有常用的65Mn盘条的0.25％提高到0.40～0.55％，将Mn含量从常用65Mn盘条的0.95％降低到0.65～0.85％，通过添加V，并限定了Si、V的含量关系及范围，结合对各化学元素及含量之间的相互配合，使本申请盘条的抗拉强度从常用65Mn盘条的1000MPa提高到1250MPa以上，屈强比从0.65以下提高到0.70以上，而且降低了对盘条韧性的伤害，还可以省略传统工艺的中间丝热处理工序，降低了工序成本，实现了直接拉拔即可生产汽车弹簧用钢丝，且所得钢丝具有较高的弹性极限和优异的耐疲劳性能，能承受足够的扭转和缠绕次数，可满足GB/T4357-2009中SH型弹簧钢丝的技术要求。
具体地，各元素在本申请盘条的化学成分设计方案中的作用如下：
C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0.01％，盘条强度约增加10MPa，但过量的C会在盘条中心处偏聚，甚至形成网状渗碳体，降低盘条的塑性，造成拉拔断丝，本申请通过生产工艺中的大方坯两火成材可以减轻凝固偏析，提高材料均匀性，从而可以拓展C含量的容许上限，本发明中C含量的范围限定为0.80～0.84％。
Si是重要的脱氧剂，有助于降低钢中的氧含量，减少夹杂物，Si还是铁素体强化元素，能够通过固溶强化提高铁素体的强度，具有提高屈强比和组织热稳定性的能力，但过多的Si会引起脱碳，促使渗碳体石墨化，降低盘条表面质量和塑性，恶化拉拔性能，本发明中Si含量的范围限定为0.40～0.55％。
Mn在钢中主要用于增加钢的强度，同时可以增加奥氏体的稳定性，降低相变温度，同时Mn能改变硫化物成分、减小S的有害作用，但Mn含量过高会增加盘条的淬透性，容易出现马氏体等异常组织，本发明中Mn含量的范围限定为0.65～0.85％。
V是强碳化物形成元素，热轧时可抑制奥氏体晶粒的长大；相变初期V在奥氏体晶界上形成VC颗粒，降低了晶界上C元素含量，可有效抑制网状渗碳体的形成；相变过程中V会在珠光体中的铁素体软相间析出，对盘条起到析出强化作用，有利于提高盘条的强度和屈强比，但V含量过高也容易出现淬火组织，不利于组织控制，本发明中V含量的范围限定为0.08～0.10％。
S、P、O、N为不可避免的杂质元素，本发明中限定S≤0.004％，P≤0.010％，O≤0.002％，N≤0.004％。
在一实施方式中，所述盘条的直径为6.5～9.0mm，抗拉强度≥1250MPa，断面收缩率≥30％，屈强比≥0.70。
另外，所述盘条的组织中，索氏体的百分比≥90％，晶粒度≥8级，网状碳化物≤1级，马氏体组织≤1级。
本发明一实施方式还提供了一种冷拉弹簧钢丝，其是采用前述冷拉弹簧钢丝用热轧盘条为母材直接拉拔制备而成。
所述钢丝的直径为2.2～4.0mm，抗拉强度为1800～2200MPa，屈强比≥0.85，扭转次数≥20次，自身缠绕≥5圈，疲劳寿命≥2×106次，该冷拉弹簧钢丝满足GB/T4357-2009《冷拉碳素弹簧钢丝》中SH型φ2.2-4.0mm弹簧钢丝的技术要求，同时具备较高的弹性极限和优异的抗疲劳性能，满足汽车弹簧用钢丝的使用要求。
本发明一实施方式还提供了一种冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法。所述制备方法通过依序进行的铁水预脱硫工序、转炉冶炼工序、LF炉精炼工序、大方坯连铸工序、开坯工序、轧制工序、控制冷却工序，来制备得到所述盘条。下面分别对各个工序进行详细介绍。
(1)铁水预脱硫工序
通过该工序制得温度＞1300℃、S含量≤0.008％的脱硫后铁水。
具体地，将高炉铁水送入KR脱硫装置中进行预脱硫，优选地，所述高炉铁水中，Ti＜0.080％、S＜0.040％、P＜0.12％，如此有利于后续炼钢时钢水的洁净度。
(2)转炉冶炼工序
将脱硫后铁水送入转炉中与废钢混合后进行冶炼，冶炼时采用双渣法进行两阶段脱磷，两阶段脱磷的渣料均采用碱性渣，并控制转炉终渣的目标碱度为3.3～3.7，更优选为3.5；转炉冶炼终点的钢水中，C含量为0.05～0.30％、P≤0.010％、S＜0.010％，出钢温度≥1620℃，出钢1/5时按照低钛低铝硅铁、金属锰、低碳铬铁、铝块、碳粉、石灰的顺序向钢水中加入合金及渣料。
其中，转炉的总装入量为150t，废钢的装入量为20～24t。废钢优选采用优质废钢，以提高钢水的洁净度。
所谓双渣法进行两阶段脱磷，是将转炉冶炼分为两个阶段进行脱磷，第一阶段冶炼首先对钢水进行脱硅和脱磷处理，待脱磷结束后倒出部分炉渣进行第二阶段冶炼，第二阶段冶炼以脱碳处理为主，待脱碳处理结束后出钢。如此可以降低冶炼原料的消耗，提高脱磷率。
优选地，两阶段脱磷的渣料中，MgO含量为8.0～10.0％，更优选为9％。
优选地，出钢开始即打开钢包底吹氩气控制阀，控制出钢时钢包底吹氩气的流量为300～600NL/min，以钢水液面微微翻动为宜；出钢结束向钢水中补加碳粉并控制底吹氩气的流量为600～1200NL/min，通过加大底吹氩气流量，以利于将碳粉卷入钢水中；碳粉补加完成后控制底吹氩气的流量为200～400NL/min，也即碳粉补加完成后降低底吹氩气的流量，至吊包时关闭钢包底吹氩气。
(3)LF炉精炼工序
将转炉冶炼工序所出钢水送入LF炉中进行化学成分调整、温度调控、造白渣和合金化，精炼全程底吹氩气，精炼处理时间≥35min，精炼终渣中T.Fe+MnO＜1.5％，精炼结束向钢水中喂入100～150m的钙线，控制LF炉精炼终点的钢水中的S≤0.004％、O≤0.002％、N≤0.004％，之后向钢水表面加入碳化稻壳进行保温并对钢水进行软搅拌，软搅拌时间≥25min，之后出钢，出钢温度为1520～1530℃。如此通过LF炉精炼工序可以进一步降低钢水中的S含量。
加入碳化稻壳时，以均匀铺散覆盖整个渣面为宜，以提高保温效果；软搅拌时控制底吹氩气流量使渣面微微波动为宜，钢水不得裸露，以保证夹杂物充分上浮，降低钢水中的夹杂物的含量。
LF炉精炼出钢钢水的化学成分以质量百分比计包括：C 0.80～0.84％，Si0.40～0.55％，Mn 0.65～0.85％，V 0.08～0.10％，S≤0.004％，P≤0.010％，O≤0.002％，N≤0.004％，且Si+10V＝1.30～1.40％，其余为Fe和不可避免的杂质。
而可以理解的，在按照上述化学成分方案进行钢水成分控制的情况下，后续所得大方坯、小方坯、盘条以及进一步拉拔制备所得钢丝这些不同形态钢材的化学成分均与所述LF炉精炼工序所出钢水的化学成分基本一致，后文不再一一赘述。
优选地，钢包在LF炉站点就位后通电并开启底吹氩气搅拌2～3min，氩气流量为300～400NL/min，以快速脱氧造渣；通电4～5min后对钢水成分进行取样检测，并将钢水的化学成分调整到目标范围，之后向钢水中添加石灰和萤石造白渣，之后加入0.7-0.9kg/t的钒铁进行合金化，白渣时间≥15min。
(4)大方坯连铸工序
将LF炉精炼工序所出钢水送至连铸机制备尺寸为300mm×390mm的大方坯。
优选地，采用大包长水口及氩封、高碱度中间包覆盖剂、整体水口全保护浇注，对中间包进行感应加热，控制中间包的过热度为15～25℃；采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌的电流为750A、搅拌频率为1.5Hz，结晶器水流量为3000±25L/min，进出水温差＜10℃，末端电磁搅拌的电流为500A、搅拌频率为12Hz。通过采用低过热度浇注，可以防止夹杂物聚集变大，降低大方坯中夹杂物的含量和等级，进一步通过控制结晶器的各项参数，可以控制大方坯的中心碳偏析。
优选地，控制大方坯中B类脆性夹杂物等级≤1.5级，控制大方坯中心碳偏析指数≤1.1。
优选地，开浇前控制中间包吹氩，以避免氧气进入钢水中。
优选地，控制连铸拉速为0.65±0.02m/min，拉矫机压下量为20～22mm。
(5)开坯工序
将连铸所得大方坯加热后采用9道次连续轧制进行开坯，得到截面尺寸为135mm×135mm～145mm×145mm的小方坯。优选地，小方坯的截面尺寸为140mm×140mm。
优选地，加热温度为1200～1230℃，加热时间为240～270min。
进一步地，在开坯工序前先进行缓冷工序：
将连铸工序所得大方坯吊装入缓冷坑中，采用井字式堆放并加盖保温，入坑温度≥650℃，冷速≤10℃/h，出坑温度≤200℃，之后堆冷。
(6)轧制工序
将小方坯在1140～1180℃下加热60～80min后，经6道次粗轧、2道次中轧、6道次预精轧和4～10道次精轧，轧制成φ6.5～9.0mm的盘条，精轧入口温度为930±10℃，吐丝温度900±10℃。
(7)控制冷却工序
采用斯太尔摩风冷线进行控温冷却，入口段的辊速为0.9～1.1m/s，出口段的辊速为0.7～1.0m/s，1#～5#段辊道的风机打开且风量依次为70～90％、60～80％、50～70％、30～50％、0～30％，1#～5#段辊道的保温罩全部打开，6#～9#段辊道的保温罩全部关闭、风机全部关闭，10#～12#段辊道的保温罩全部打开、风机全部关闭，盘条进入6#段辊道时的温度≤640℃，盘条出9#段辊道时的温度≥550℃。这样，可以降低盘条中的网状碳化物和马氏体等异常组织。
优选地，1#～12#段辊道中自前向后相邻辊道的辊速之比为0.8～1.2，其中5#、7#、9#段辊道的头部分别低于4#、6#、8#段辊道的尾部，且5#、7#、9#段辊道的辊速分别大于4#、6#、8#段辊道的辊速。也就是说，盘条自4#辊道向5#辊道运动时会跌落，盘条自6#辊道向7#辊道运动时会跌落，盘条自8#辊道向9#辊道运动时会跌落，通过相邻辊道之间的辊速设置，可以使盘条互相搭接错位，从而可以避免盘条之间的温差过大。
经检测，最终所得盘条的组织中，索氏体的百分比≥90％，晶粒度≥8级，网状碳化物≤1级，马氏体组织≤1级。
所得盘条的直径为6.5～9.0mm，抗拉强度≥1250MPa，断面收缩率≥30％，屈强比≥0.70。
进一步地，以所得盘条为母材直接拉拔，可以得到冷拉弹簧钢丝。经检测，所述弹簧钢丝的直径为2.2～4.0mm，抗拉强度为1800～2200MPa，屈强比≥0.85，扭转次数≥20次，自身缠绕≥5圈，疲劳寿命≥2×106次。
以上，一实施方式所提供的热轧盘条制备方法，基于化学成分设计方案，通过钢水冶炼降低了钢水中的杂质、夹杂物含量，提高了纯净度，进一步通过采用大方坯连铸、开坯的二火成材工艺，降低了小方坯的中心偏析，进一步结合对轧制、冷却工艺的控制，使最终制备的盘条具有均匀的显微组织和优异的力学性能，相较于现有常用的65Mn盘条，其抗拉强度自1000MPa提高到1250MPa以上，屈强比从0.65以下提高到0.70以上，且该盘条可以直接拉拔制备冷拉弹簧钢丝，省略了传统工艺的中间丝热处理工序，降低了工序成本，且所得冷拉弹簧钢丝满足GB/T4357-2009《冷拉碳素弹簧钢丝》中SH型φ2.2-4.0mm弹簧钢丝的技术要求，同时具备较高的弹性极限和优异的抗疲劳性能，满足汽车弹簧用钢丝的使用要求。
以上，对本发明的实施方式进行了介绍，下面提供3个具体试验例，以便于更直观地展示本发明的有益效果。
试验例1、试验例2、试验例3分别提供了一种盘条，其化学成分以质量百分比计如表1，除表1所示元素之外，余量为铁和杂质。
表1
这3个试验例的制备过程如下：
(1)铁水预脱硫工序
将高炉铁水送入KR脱硫装置中进行预脱硫，所述高炉铁水中，Ti＜0.080％、S＜0.040％、P＜0.12％；所得脱硫后铁水的温度＞1300℃，脱硫后铁水的S含量参表2。
(2)转炉冶炼工序
将脱硫后铁水送入转炉中与优质废钢混合后进行冶炼，转炉的总装入量为150t，优质废钢的装入量为20～24t。冶炼时采用双渣法进行两阶段脱磷，两阶段脱磷的渣料均采用碱性渣，碱性渣中MgO含量为8.0～10.0％，控制转炉终渣的目标碱度为3.3～3.7；转炉冶炼终点的钢水中，C、P、S含量参表2所示，出钢温度≥1620℃；出钢开始即打开钢包底吹氩气控制阀，控制出钢时钢包底吹氩气的流量为300～600NL/min，以钢水液面微微翻动为宜；出钢1/5时按照低钛低铝硅铁、金属锰、低碳铬铁、铝块、碳粉、石灰的顺序向钢水中加入合金及渣料；出钢结束向钢水中补加碳粉并控制底吹氩气的流量为600～1200NL/min；碳粉补加完成后控制底吹氩气的流量为200～400NL/min，至吊包时关闭钢包底吹氩气。
(3)LF炉精炼工序
将转炉冶炼工序所出钢水送入LF炉中进行化学成分调整、温度调控、造白渣和合金化，精炼全程底吹氩气，精炼处理时间≥35min，精炼终渣中T.Fe+MnO＜1.5％，精炼结束向钢水中喂入100～150m的钙线，之后向钢水表面加入碳化稻壳进行保温，以均匀铺散覆盖整个渣面为宜，并对钢水进行软搅拌，以使渣面微微波动为宜，钢水不得裸露，软搅拌时间≥25min，之后出钢，出钢温度为1520～1530℃。LF炉精炼出钢钢水的化学成分如表1所示。
其中，钢包在LF炉站点就位后通电并开启底吹氩气搅拌2～3min，氩气流量为300～400NL/min；通电4～5min后对钢水成分进行取样检测，并将钢水的化学成分调整到目标范围，之后向钢水中添加石灰和萤石造白渣，之后加入0.7-0.9kg/t的钒铁进行合金化，白渣时间≥15min。
(4)大方坯连铸工序
将LF炉精炼工序所出钢水送至连铸机制备尺寸为300mm×390mm的大方坯。采用大包长水口及氩封、高碱度中间包覆盖剂、整体水口全保护浇注，开浇前控制中间包吹氩，对中间包进行感应加热，控制中间包的过热度如表2所示；采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌的电流为750A、搅拌频率为1.5Hz，结晶器水流量为3000±25L/min，进出水温差＜10℃，末端电磁搅拌的电流为500A、搅拌频率为12Hz；连铸拉速为0.65±0.02m/min，拉矫机压下量为20～22mm。
对试验例1～3的大方坯按照GB/T 226-2015进行取样检测及冷酸腐蚀，试样方向为横向，按照YB/T 4003-2016进行大方坯低倍组织缺陷评级。
经检测，试验例1～3的大方坯中B类脆性夹杂物等级和大方坯中心碳偏析指数参表2。
表2
(5)缓冷工序
将连铸所得大方坯吊装入缓冷坑中，采用井字式堆放并加盖保温，入坑温度≥650℃，冷速≤10℃/h，出坑温度≤200℃，之后堆冷。
(6)开坯工序
在开坯前将连铸所得大方坯加热后采用9道次连续轧制进行开坯，得到截面尺寸为140mm×140mm的小方坯。其中，加热温度和加热时间如表3所示。
(7)轧制工序
将小方坯加热后，经6道次粗轧、2道次中轧、6道次预精轧和4～10道次精轧，轧制成盘条，加热温度、加热时间、精轧入口温度、吐丝温度如表3所示，盘条直径如表4所示。
表3
(8)控制冷却工序
采用斯太尔摩风冷线进行控温冷却，入口段的辊速为0.9～1.1m/s，出口段的辊速为0.7～1.0m/s，1#～5#段辊道的风机打开且风量依次为70～90％、60～80％、50～70％、30～50％、0～30％，1#～5#段辊道的保温罩全部打开，6#～9#段辊道的保温罩全部关闭、风机全部关闭，10#～12#段辊道的保温罩全部打开、风机全部关闭，盘条进入6#段辊道时的温度≤640℃，盘条出9#段辊道时的温度≥550℃。
其中，1#～12#段辊道中自前向后相邻辊道的辊速之比为0.8～1.2，其中5#、7#、9#段辊道的头部分别低于4#、6#、8#段辊道的尾部，且5#、7#、9#段辊道的辊速分别大于4#、6#、8#段辊道的辊速。
对试验例1～3的盘条，按照相同的测试方法进行取样并进行金相组织检测、力学性能检测测试，具体的测试方法和检测结果如下：
(1)金相组织方面
对试验例1～3的盘条采用金相显微镜进行观察，并参照YB/T 169-2014对索氏体的百分比进行检测，参照GB/T 6394-2017对晶粒度级别进行检测，参照YB/T 4412-2014对网状碳化物等级进行检测，参照YB/T 4411-2014对马氏体组织等级进行测试，结果如表4所示。
(2)力学性能方面
参照GB/T 228.1-2021标准对试验例1～3的盘条的机械性能进行测试。具体如下：
采用拉伸试验机对盘条的抗拉强度、断面收缩率、屈强比进行测试，测试结果如表4所示。
表4
进一步地，以所得盘条为母材直接拉拔，得到冷拉弹簧钢丝。
对试验例1～3的盘条拉拔制备所得冷拉弹簧钢丝，按照相同的测试方法进行取样并检测，具体的测试方法和检测结果如下：
(1)力学性能方面
参照GB/T 228.1-2021标准对试验例1～3的弹簧钢丝的机械性能进行测试。所述弹簧钢丝的直径、抗拉强度、屈服强度、屈强比如表5所示。
(2)疲劳性能方面
分别参照GB/T 21839-2019、GB/T 239.1-2023对试验例1～3的弹簧钢丝的疲劳性能和扭转性能进行测试。所述弹簧钢丝的扭转次数、自身缠绕、疲劳寿命如表5所示。
表5
也就是说，试验例1～3的冷拉弹簧钢丝，直径为2.2～4.0mm时，抗拉强度为1800～2200MPa，屈强比≥0.85，扭转次数≥20次，自身缠绕≥5圈，疲劳寿命≥2×106次，满足GB/T4357-2009《冷拉碳素弹簧钢丝》中SH型φ2.2-4.0mm弹簧钢丝的技术要求。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种冷拉弹簧钢丝用热轧盘条，其特征在于，所述盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.80～0.84％，Si 0.40～0.55％，Mn 0.65～0.85％，V 0.08～0.10％，S≤0.004％，P≤0.010％，O≤0.002％，N≤0.004％，且Si+10V＝1.30～1.40％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条，其特征在于，所述盘条的直径为6.5～9.0mm，抗拉强度≥1250MPa，断面收缩率≥30％，屈强比≥0.70。
3.根据权利要求1所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条，其特征在于，所述盘条的组织中，索氏体的百分比≥90％，晶粒度≥8级，网状碳化物≤1级，马氏体组织≤1级。
4.一种冷拉弹簧钢丝，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条直接拉拔制备而成。
5.根据权利要求4所述的冷拉弹簧钢丝，其特征在于，所述钢丝的直径为2.2～4.0mm，抗拉强度为1800～2200MPa，屈强比≥0.85，扭转次数≥20次，自身缠绕≥5圈，疲劳寿命≥2×106次。
6.一种如权利要求1至3任一项所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，包括依序进行的：
(1)铁水预脱硫工序，以制得温度＞1300℃、S含量≤0.008％的脱硫后铁水；
(2)转炉冶炼工序，将脱硫后铁水送入转炉中与废钢混合后进行冶炼，冶炼时采用双渣法进行两阶段脱磷，两阶段脱磷的渣料均采用碱性渣，并控制转炉终渣的目标碱度为3.3～3.7，转炉冶炼终点的钢水中，C含量为0.05～0.30％、P≤0.010％、S＜0.010％，出钢温度≥1620℃，出钢1/5时按照低钛低铝硅铁、金属锰、低碳铬铁、铝块、碳粉、石灰的顺序向钢水中加入合金及渣料；
(3)LF炉精炼工序，将转炉冶炼工序所出钢水送入LF炉中进行化学成分调整、温度调控、造白渣和合金化，精炼全程底吹氩气，精炼处理时间≥35min，精炼终渣中T.Fe+MnO＜1.5％，精炼结束向钢水中喂入100～150m的钙线，控制LF炉精炼终点的钢水中的S≤0.004％、O≤0.002％、N≤0.004％，之后向钢水表面加入碳化稻壳进行保温并对钢水进行软搅拌，软搅拌时间≥25min，之后出钢，出钢温度为1520～1530℃；
(4)大方坯连铸工序，采用大包长水口及氩封、高碱度中间包覆盖剂、整体水口全保护浇注，对中间包进行感应加热，控制中间包的过热度为15～25℃，采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌的电流为750A、搅拌频率为1.5Hz，结晶器水流量为3000±25L/min，进出水温差＜10℃，末端电磁搅拌的电流为500A、搅拌频率为12Hz；
(5)开坯工序，将连铸所得大方坯加热后进行开坯，得到135mm×
135mm～145mm×145mm的小方坯；
(6)轧制工序，将小方坯在1140～1180℃下加热60～80min后，经6道次粗轧、2道次中轧、6道次预精轧和4～10道次精轧，轧制成φ6.5～9.0mm的盘条，精轧入口温度为930±10℃，吐丝温度900±10℃；
(7)控制冷却工序，采用斯太尔摩风冷线进行控温冷却，入口段的辊速为0.9～1.1m/s，出口段的辊速为0.7～1.0m/s，1#～5#段辊道的风机打开且风量依次为70～90％、60～80％、50～70％、30～50％、0～30％，1#～5#段辊道的保温罩全部打开，6#～9#段辊道的保温罩全部关闭、风机全部关闭，10#～12#段辊道的保温罩全部打开、风机全部关闭，盘条进入6#段辊道时的温度≤640℃，盘条出9#段辊道时的温度≥550℃。
7.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述铁水预脱硫工序中，将高炉铁水送入KR脱硫装置中进行预脱硫，所述高炉铁水中，Ti＜0.080％、S＜0.040％、P＜0.12％。
8.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序中，两阶段脱磷的渣料中，MgO含量为8.0～10.0％；出钢时钢包底吹氩气的流量为300～600NL/min，出钢结束向钢水中补加碳粉并控制底吹氩气的流量为600～1200NL/min，碳粉补加完成后控制底吹氩气的流量为200～400NL/min。
9.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述LF炉精炼工序中，钢包就位后通电并开启底吹氩气搅拌2～3min，氩气流量为300～400NL/min，通电4～5min后对钢水成分进行取样检测，并将钢水的化学成分调整到目标范围，之后向钢水中添加石灰和萤石造白渣，之后加入0.7-0.9kg/t的钒铁，白渣时间≥15min。
10.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述大方坯连铸工序中，控制大方坯中B类脆性夹杂物等级≤1.5级，控制大方坯中心碳偏析指数≤1.1。
11.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述大方坯连铸工序中，连铸拉速为0.65±0.02m/min，拉矫机压下量为20～22mm。
12.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，还包括在所述开坯工序前的缓冷工序；
所述缓冷工序中，将连铸所得大方坯吊装入缓冷坑中，采用井字式堆放并加盖保温，入坑温度≥650℃，冷速≤10℃/h，出坑温度≤200℃，之后堆冷。
13.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述开坯工序中，加热温度为1200～1230℃，加热时间为240～270min。
14.根据权利要求6所述的冷拉弹簧钢丝用热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述控制冷却工序中，1#～12#段辊道中自前向后相邻辊道的辊速之比为0.8～1.2，其中5#、7#、9#段辊道的头部分别低于4#、6#、8#段辊道的尾部，且5#、7#、9#段辊道的辊速分别大于4#、6#、8#段辊道的辊速。
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