一種彈簧鋼盤條及其夾雜物控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種彈簧鋼盤條及其夾雜物控制方法，盤條化學(xué)成分的重量百分比為：[C]：0.40%～0.80%，[Si]：0.80%～2.0%，[Mn]：0.30%～1.0%，[Cr]：0.3%～1.0%，[P]≤0.015%，[S]≤0.010%，[Ti]≤0.0015%，全鋁：0.008%～0.0020%，全氧：0.0010%～0.0025%，不可避免的雜質(zhì)不高于0.1%，其余為鐵。轉(zhuǎn)爐冶煉采用高碳出鋼，終點碳含量不低于0.3%，爐后采用硅錳脫氧；精煉過程溫度1540-1650℃，時間40-80分鐘，終點鋼液氧活度?(20-40)×10-6，鋼液酸溶鋁含量0.0010%-0.0020%，鈦含量不大于0.0015%；采用大方坯連鑄，拉速0.4m/min-0.7m/min，中間包鋼水過熱度不大于25℃，通過低過熱度澆注；盤條直徑10mm-16mm，吐絲溫度860-910℃，盤條索氏體轉(zhuǎn)變過程溫度650-700℃，相變時間20-50秒。本發(fā)明盤條抗拉強度為1000MPa-1200MPa，面縮指標(biāo)不低于45%，夾雜物寬度尺寸不大于10um，夾雜物長寬比大于3。
【專利說明】一種彈簧鋼盤條及其夾雜物控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種彈簧鋼盤條及其夾雜物控制方法，屬于彈簧鋼產(chǎn)品類。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車等裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，對其關(guān)鍵部件彈簧的要求越來越高。這就對用于彈簧生產(chǎn)的盤條質(zhì)量提出了較高要求。夾雜物的尺寸和數(shù)量是衡量彈簧鋼盤條的一個重要指標(biāo)，彈簧鋼成分設(shè)計和精煉過程的工藝對最終盤條中的夾雜物尺寸和數(shù)量有重要影響。
[0003]一種彈簧鋼盤條的生產(chǎn)工藝(CN200910264814.5)提供了一種彈簧鋼盤條的生產(chǎn)工藝，包括以下工序:原料準(zhǔn)備、EAF偏心底出鋼電弧爐冶煉、LF爐外精煉、VD真空脫氣處理、CCM連鑄、連鑄坯拋丸、探傷、修磨、加熱和高速線材軋機(jī)軋制成盤條。本發(fā)明工藝簡單、能耗低、設(shè)備投資省、生產(chǎn)效率高，與現(xiàn)有的國內(nèi)鐵路彈條所用彈簧鋼鋼相比，本發(fā)明的彈簧鋼盤條碳含量低,塑韌性好，以盤條交貨,尺寸精度高、成材率高,實物質(zhì)量好,且可冷加工成盤條，制造成本低。
[0004]一種55Si2MnVNbN彈簧鋼及其生產(chǎn)工藝(CN200910263019.4)提供了一種彈簧鋼及其生產(chǎn)工藝，彈簧鋼按重量百分比包括以下成份:c:0.52%~0.60%, S1:1.60~1.90%，Mn:0.60% ~0.80%, Cr:0.15% ~0.35%, V:0.06% ~0.12%, Nb:0.015% ~0.025%, N:
0.80%~1.50%, P≤0.0035%, S≤0.0035%，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。工藝包括電爐冶煉、LF精煉、VD爐真空脫氣、連鑄和軋制。本發(fā)明的彈簧鋼可適應(yīng)彈簧的各種苛刻工作環(huán)境、高強度、高壽命的要求，除高的抗拉強度外，還具有優(yōu)良的抗延遲斷裂、耐腐蝕性能、疲勞性能和抗彈減性能。
[0005]一種高強度彈簧鋼及其制造方法(steel for high strength spring, and highstrength spring and method for manufacture thereof 專利號為 JPO4772233 )提供了一種彈簧鋼及彈簧的制備工藝。其化學(xué)成分如下C: 0.36 to 0.48 %，S1: 1.80 to 2.80%, Mn: 0.20 to 1.40 %, P: 0.015 % or less, S: 0.010 % or less, Cu: 0.10 to 0.50%，N1: 0.10 to 2.00 %，Cr: 0.05 to 1.20 %，s_Al: 0.005 to 0.040 %，N: 0.002 to0.012 %，0: 0.002 % or less,其余為 Fe。
[0006]題為“彈簧鋼氧化物夾雜成分和形態(tài)控制理論與實踐”的論文，通過理論分析得出了為提高氧化物夾雜的變形性，需將鋼中酸溶鋁含量控制不高于0.0020%。
[0007]普通彈簧鋼盤條一般采用強脫氧方式脫氧，盡量降低盤條的全氧含量，進(jìn)而減少氧化物夾雜尺寸和數(shù)量。但是采用這種方法脫氧后，在盤條上存在直徑30um以上的氧化物夾雜，且這種氧化物夾雜不具有變形性，在變形過程中易于與基體交界處形成裂紋，導(dǎo)致過早失效。題為“彈簧鋼氧化物夾雜成分和形態(tài)控制理論與實踐”的論文提供了夾雜物成分控制方法，使夾雜物具有變形性，但是在盤條上也存在直徑在20um以上氧化物夾雜，不滿足高級別高疲勞壽命彈簧鋼盤條的質(zhì)量要求。并且，該論文僅提出了將鋼中酸溶鋁含量控制到不高于0.0020%的方法。實際上，鋼中氧化物夾雜控制，不僅與精煉工藝有關(guān)，而且與鋼種成分、連鑄工藝有關(guān)。鋼中的硅和全氧含量需要控制在一定的范圍，否則會在鋼中形成粗大夾雜物。同時，夾雜物在連鑄過程也存在長大的傾向，也需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，進(jìn)一步減小夾雜物的尺寸和數(shù)量。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種彈簧鋼盤條及其夾雜物控制方法，使生產(chǎn)的盤條具有細(xì)小夾雜，其寬度尺寸不大于10um，夾雜物長寬比大于3，滿足用戶的使用要求。
[0009]彈簧鋼盤條及其夾雜物成分控制，需從鋼種成分設(shè)計、轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、連鑄等方面系統(tǒng)設(shè)計，滿足用戶的使用要求。為了開發(fā)高品質(zhì)彈簧鋼盤條，本發(fā)明專利通過盤條成分設(shè)計及夾雜物控制方法設(shè)計，開發(fā)了一種具有細(xì)小夾雜物的彈簧鋼盤條，滿足用戶的使用要求。本發(fā)明技術(shù)方案的特點為，通過適當(dāng)控制盤條的化學(xué)成分，結(jié)合轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄以及軋制工藝控制，既滿足鋼種對強度、抗彈減性、淬透性的要求，又滿足彈簧鋼盤條對夾雜物尺寸和變形性的要求。技術(shù)方案的具體內(nèi)容如下:
[0010]彈簧鋼盤條化學(xué)成分為:[C]:0.40% ~0.80%, [Si]:0.80% ~2.0%, [Mn]:0.30% ~
1.0%, [Cr]:0.3% ~1.0%, [P] ( 0.015%, [S] ( 0.010%, [Ti] ( 0.0015%，全鋁:0.008% ~0.0020%，全氧:0.0010%~0.0025%，不可避免的雜質(zhì)不高于0.1%，其余為鐵。這些成分的
范圍設(shè)定理由如下所述。
[0011]碳是鋼中的主要強化元素，溶解在鋼中形成固溶體，起固溶強化作用，它與碳化物形成元素結(jié)合形成碳化物析出時，起沉淀強化作用。彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用。為保證強度，彈簧鋼中必須含有足夠的碳。碳也是影響抗彈減性的主要元素。但隨鋼中碳含量的上升，鋼的塑性、韌性會下降。因此，鋼中碳含量控制在0.40%-0.80%。
[0012]硅具有固溶強化作用，不形成碳化物，基本上以固溶態(tài)存在于鋼中。鋼中加硅的主要目的是提高鋼的強度、彈性和回火穩(wěn)定性。研究表明硅能夠顯著提高抗彈減性。硅所以能有效提高抗彈減性，是因為它具有強烈的固溶強化能力，而且能抑制滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大，改變滲碳體的形狀和間距。隨硅含量提高，碳化物數(shù)量幾乎直線上升，而顆粒度和間距則相應(yīng)減小。硅含量過高，鋼的組織產(chǎn)生石墨化和脫碳程度增加，鋼坯高溫加熱易使奧氏體晶粒長大，淬火組織也較粗大，對塑性、韌性不利。同時，硅是鋼中的一種脫氧元素，低的硅含量導(dǎo)致鋼液脫氧不足；但是，過高的硅含量導(dǎo)致鋼中殘余氧化物夾雜粗大，對鋼的應(yīng)用性能不利。因此，鋼中硅含量控制在0.8%-2.0%。
[0013]錳是提高淬透性的有效合金元素，它溶入鐵素體中有固溶強化作用。錳是一種有利于消除硫的有害作用，又有利于脫氧的元素，但其含量小時作用很小，當(dāng)含量過高時由于淬透性增強，熱軋后鋼的組織很可能轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w或馬氏體，使鋼的韌性變壞，以致使鋼絲不易生產(chǎn)且穩(wěn)定性變差。因此鋼中錳含量控制在0.3%~1.0%。
[0014]鉻能顯著提高鋼的淬透性，與錳共用效果更好。鉻可降低鋼中碳的活度，又是碳化物形成元素，提高鋼中碳擴(kuò)散的激活能，減輕鋼的脫碳傾向。但是鉻降低鋼的抗彈減性，對于彈簧的服役性能不利，因此鋼中鉻含量控制在0.3%~1.0%。
[0015]磷硫都是鋼中有害雜質(zhì)元素，為保證盤條具有良好的性能，要求盤條[P]≤0.015%，[S]≤0.010%，在不造成其他影響的情況下，越低越好。[0016]鈦在高碳鋼中易于與氮形成鈦夾雜。由于鈦夾雜是一種不變形夾雜，在盤條拉拔過程與基體不同步變形，甚至使盤條基體組織出現(xiàn)裂紋，惡化盤條的拉拔性能，并將低彈簧的疲勞壽命，因此其含量要求[Ti] ( 0.0015%。
[0017]鋁在鋼中一般用于去除氧，降低產(chǎn)品的全氧含量；適量的鋁也可用于控制夾雜的成分。過高含量的鋁使氧化物夾雜的A1203含量高，夾雜物的變形性能差；過低含量的鋁，也使氧化物夾雜的熔點高，惡化變形性能。因此鋼中鋁含量要求在0.008%-0.0020%。
[0018]盤條中的全氧含量過高降低成品彈簧的疲勞壽命，過低的全氧含量，使夾雜物處于高熔點區(qū)，對于控制盤條的夾雜物變形性不利，因此將盤條的全氧含量控制在0.0010%-0.0025%。
[0019]本發(fā)明中的彈簧鋼盤條基本成分如上所述，其余部分為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0020]一種用于上述彈簧鋼盤條夾雜物控制方法，I)轉(zhuǎn)爐冶煉:轉(zhuǎn)爐冶煉采用高碳出鋼，轉(zhuǎn)爐終點碳含量不低于0.3%，轉(zhuǎn)爐爐后采用硅錳脫氧；2) LF精煉:精煉過程溫度1540-1650°C，時間40-80分鐘；精煉終點鋼液氧活度控制在(20-40) X 10_6之間，鋼液酸溶鋁含量控制在0.0010%-0.0020%之間，同時要求鋼液的鈦含量不大于0.0015%,降低鋼中氮鈦濃度積；3)連鑄:采用大方還連鑄,拉速在0.4m/min-0.7m/min之間，中間包鋼水過熱度不大于25°C，通過低過熱度澆注；4)連軋和線材軋制:盤條直徑10mm-16mm，吐絲溫度860-910°C，盤條索氏體轉(zhuǎn)變過程溫度控制在650-700°C，相變時間控制在20-50秒。
[0021]按照本發(fā)明中涉及的成分和生產(chǎn)方法生產(chǎn)的彈簧鋼盤條，其抗拉強度為1000MPa-1200MPa，面縮指標(biāo)不低于45%，夾雜物寬度尺寸不大于10um，夾雜物長寬比大于3，滿足了用戶的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1氧化物 夾雜的照片；
[0023]圖2為實施例2氧化物夾雜的照片；
[0024]圖3為實施例3氧化物夾雜的照片。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明中涉及的彈簧鋼盤條及其夾雜物控制工藝如下:1)轉(zhuǎn)爐冶煉:轉(zhuǎn)爐冶煉采用高碳出鋼，減少爐后增碳量，降低由于爐后增碳導(dǎo)致的鋼液增氮；同時減輕鋼液的氧化程度，為控制鋼的全氧含量創(chuàng)造條件。轉(zhuǎn)爐終點碳含量不低于0.3%。轉(zhuǎn)爐爐后采用硅錳脫氧，避免使用Al、Ti等強脫氧劑。2) LF精煉:精煉過程溫度1540-1650°C，時間40-80分鐘；精煉終點鋼液氧活度控制在(20-40) X 10_6之間，鋼液酸溶鋁含量控制在0.0010%-0.0020%之間，為控制鋼中氧化物夾雜成分處于低熔點區(qū)，提高氧化物夾雜的變形能力創(chuàng)造條件。同時要求鋼液的鈦含量不大于0.0015%，降低鋼中氮鈦濃度積；3)連鑄:采用大方坯連鑄，鋼還斷面尺寸280mm*380mm,拉速在0.4m/min-0.7m/min之間，中間包鋼水過熱度不大于25°C。通過低過熱度澆注，減輕鋼坯偏析，減少鋼中氧化物夾雜、鈦夾雜的長大時間，降低夾雜物的尺寸。4)連軋和線材軋制:盤條直徑10mm-16mm，吐絲溫度860-910°C，盤條索氏體轉(zhuǎn)變過程溫度控制在650-700°C，相變時間控制在20-50秒。
[0026]下面介紹本發(fā)明的幾個實例，為比較本發(fā)明的效果還給出了對比實例。[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種彈簧鋼盤條，其特征在于盤條化學(xué)成分的重量百分比為:[c]:0.40%~0.80%，[Si]:0.80%~2.0%, [Mn]:0.30%~1.0%, [Cr]:0.3% ~1.0%, [P] ( 0.015%, [S] ( 0.010%,[Ti]≥0.0015%，全鋁:0.008%~0.0020%，全氧:0.0010%~0.0025%，不可避免的雜質(zhì)不高于0.1%，其余為鐵。
2.—種用于權(quán)利要求1所述的彈簧鋼盤條夾雜物控制方法，其特征在于:I)轉(zhuǎn)爐冶煉:轉(zhuǎn)爐冶煉采用高碳出鋼，轉(zhuǎn)爐終點碳含量不低于0.3%，轉(zhuǎn)爐爐后采用硅錳脫氧；2) LF精煉:精煉過程溫度1540-1650°C，時間40-80分鐘；精煉終點鋼液氧活度控制在(20-40) X 10_6之間，鋼液酸溶鋁含量控制在0.0010%-0.0020%之間，同時要求鋼液的鈦含量不大于0.0015%,降低鋼中氮鈦濃度積；3)連鑄:采用大方坯連鑄，拉速在0.4m/min-0.7m/min之間，中間包鋼水過熱度不大于25°C，通過低過熱度澆注；4)連軋和線材軋制:盤條直徑10mm-16mm，吐絲溫度860-910 °C，盤條索氏體轉(zhuǎn)變過程溫度控制在650-700°C，相變時間控制在20 -50秒。
【文檔編號】C22C38/34GK103510020SQ201210204273
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】郭大勇, 任玉輝, 王長順, 王秉喜, 高航 申請人:鞍鋼股份有限公司