60Si2MnA弹簧钢的生产技术要点与产品检验论文

时间：2021-06-29 17:04:59 论文范文我要投稿

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上海龙凤1314 shlf　　武钢条材总厂根据自身工艺特点，自2011年5月首次采用BOF-LF-RH-CC-轧制的工艺路线生产60Si2MnA钢以来，已具备批量生产的能力，生产的60Si2MnA弹簧钢满足了GB/T1222-2007标准要求。下面由学术堂为大家整理出一篇题目为“60Si2MnA弹簧钢的生产技术要点与产品检验”的冶金工程论文，供大家参考。

60Si2MnA弹簧钢的生产技术要点与产品检验论文

　　原标题：120tBOF-LF-RH-CC工艺生产60Si2MnA弹簧钢的实践

　　摘要：武钢条材总厂采用转炉-LF精炼-RH-连铸-连轧工艺流程生产60Si2MnA弹簧钢，通过控制铁水中w（S）及w（Ti）、控制转炉终点w（C）、出钢过程无铝脱氧、LF全程吹氩搅拌、RH“软吹氩”、控制中间包钢水过热度15~30℃、全程保护浇注、低温轧制等措施，使得钢材夹杂物级别不大于1.5,布氏硬度值小于315,完全满足用户的技术要求。

　　关键词：60Si2MnA弹簧钢；连铸；夹杂物；脱碳层

　　弹簧是非常重要的机械零件，与螺栓、齿轮构成机械的三大基础零件。弹簧的作用极为重要，在各种机械中弹簧起着缓冲、减震、贮能、连接、支撑、密封、传力等作用。弹簧是在周期性的弯曲、扭转等交变应力下工作，经受拉、压、扭、冲击、疲劳、腐蚀等多种作用，有时还需承受极高的短时突加载荷。由于工作条件恶劣，对弹簧钢的性能要求十分严格，不仅要有高的淬透性，保证整个弹簧截面获得均匀的显微组织、良好的力学性能（包括疲劳性能）,而且要求优良的表面质量，组织均匀细密等。武钢条材总厂根据自身工艺特点，自2011年5月首次采用BOF-LF-RH-CC-轧制的工艺路线生产60Si2MnA钢以来，已具备批量生产的能力，生产的60Si2MnA弹簧钢满足了GB/T1222-2007标准要求。

　　160Si2MnA弹簧钢主要技术要求

　　1.1化学成分

上海龙凤1314 shlf　　60Si2MnA弹簧钢的熔炼成分要求为：w（C）为0.56%~0.64%,w（Si）为1.60%~2.00%,w（Mn）为0.70%~1.00%,w（P）≤0.025%,w（S）≤0.025%,w（Ni）≤0.35%,w（Cu）≤0.25%,w（Cr）≤0.35%.

　　1.2低倍组织

　　钢材的横截面经酸浸后，低倍组织试片上无目视可见的缩孔、裂纹、气泡、夹杂、翻皮、白点及晶间裂纹，均按GB/T226-2001和GB/T1979-2001标准检验和评级；非金属夹杂物按GB/T10561-2005标准中A法评定。非金属夹杂物级别见表1.

上海龙凤1314 shlf　　钢材的总脱碳层（全脱碳加部分脱碳）深度按GB/T224-2008标准检验。当直径在Φ16~30mm时，应符合不大于直径乘2.0%的规定；当直径大于Φ30mm时，应符合不大于直径乘1.5%的规定。

　　1.3力学性能

上海龙凤1314 shlf　　在热轧钢材纵向上取直径为11.5mm毛坯试样，经（870±20）℃淬火以及（440±50）℃回火后，再精加工制成直径为10mm的标准样。力学性能应满足ReL≥1375MPa,Rm≥1570MPa,A11.3≥5%,Z≥20%.

　　1.4生产工艺

　　转炉生产60Si2MnA弹簧钢的工艺流程为：铁水脱硫-120tBOF（转炉）-BAR（氩站）-LF（精炼）-RH（真空）-CC（200mm×200mm×7000mm）。轧钢工艺流程为：钢坯加热-轧制-尺寸、外形及表面检查-取样检验-精整-包装-入库。

　　2生产技术要点

　　2.1转炉冶炼

　　精确控制转炉吹炼终点，避免钢水过氧化，实现低w（O）钢冶炼是大规模、高效率、廉价生产洁净钢的技术关键。铁水脱硫后w（S）≤0.005%,同时控制w（Ti）≤0.001%,防止TiN脆性夹杂的产生；采用高拉碳工艺，终点w（C）控制在0.08%~0.30%,大渣量高碱度去P,保持出钢过程连续吹氩，强化冶炼末期底吹搅拌，防止钢水过氧化，促进钢、渣平衡；采用挡渣球挡渣出钢，钢包渣层厚度控制在100mm以下；采用炉外脱氧和合金化，出钢1/4左右时加入合金材料和增碳剂，同时大包造新渣，加入活性石灰和萤石，由于60Si2MnA的钢水流动性差，易造成中间包水口结瘤，应尽量减少易形成高熔点氧化物的铝的加入量，所以未加入Al块进行炉后脱氧。

　　2.2吹氩工艺

上海龙凤1314 shlf　　钢包吹氩作为均匀钢水成分、温度，减少钢中夹杂物，提高钢的内在质量的重要手段之一，已成为炼钢工艺流程中不可缺少的组成部分[1].到站吹氩3min后测温、取样，作成分分析，然后吊至LF炉。

上海龙凤1314 shlf　　2.3LF炉精炼工艺

　　钢水入坑后开始吹氩、加热；温度T≥1560℃时，取第1个样进行全分析，并视渣子情况适当加入活性石灰、萤石调整渣况和渣的成分，渣碱度控制在0.7~2.0.同时化渣过程中加入适量Si粉、SiC等进行渣面脱氧，形成白渣后再进行成分调整，且白渣保持时间不低于15min.按内控成分调好后，严禁大氩量搅拌使钢水裸露。

上海龙凤1314 shlf　　2.4RH真空处理

　　进行RH真空处理是为了降低钢中氧、氮等气体元素，从而能够有效地降低钢中夹杂物数量而采取的手段。工艺设定真空度不大于100Pa时，处理时间为15~35min.真空处理结束，测温、取钢样，进行软吹氩操作，软吹氩时间为10~30min.

　　2.5连铸工艺

　　温度控制制度是保证中间包连浇及连铸坯内部质量的关键环节，是获得良好的铸坯质量的基础，尤其是对60Si2MnA等高碳钢。由于高碳钢在凝固过程中体积收缩较大，易偏析[2-3],如果钢水过热度太高，则铸坯内部柱状晶发达，在热反应力综合作用下，极易产生中心疏松、缩孔和内部裂纹，同时还会伴有严重的偏析，因此实现低过热度浇注和做好保护浇注非常重要。

　　连铸过程严格控制中包钢水温度，钢水温度控制目标在液相线15~30℃，中包保护渣先加碱性镁质渣后再加碳化糠壳，结晶器保护渣采用高碳钢渣，拉速控制在1.10~1.30m/min,二冷配水采用3号水表配比。采用浸入式水口进行浇铸，水口插入深度100~150mm,结晶器液面采用自动控制，开启结晶器电磁搅拌和轻压下（压下量目标值3mm）。同时采用长水口氩封保护浇铸，确保密封效果，防止钢水二次氧化。

　　2.6轧制工艺

　　采用推钢式加热炉，考虑到60Si2MnA钢比其他钢易产生脱碳，并且脱碳层是该钢种的1个很重要的质量指标，因此，制定钢坯加热制度时，均热段温度比其它钢种要低，在1100~1150℃，钢坯加热制度严格按表2执行，尽量做到上下表面温度一致，加热均匀。采用高压水除鳞有效去除氧化铁皮，避免划伤或者裂纹，开轧温度控制在960~1080℃，终轧温度控制在850℃以下，轧后上冷床空冷。

　　3产品检验与分析

　　3.1化学成分

　　对试验钢5炉的.成品化学成分进行了统计分析，从表3中可以看出，所有元素均满足GB/T1222-2007标准要求，并且100%达到了内控成分要求。C和Si元素含量在标准中限控制，Mn元素按下限目标控制，w（Cr）在0.18%左右控制，w（P）≤0.017%,w（S）在0.010%以下，残余元素Ni及Cu含量严格按要求控制。

　　3.2钢坯及钢材低倍检验

　　对60Si2MnA试验钢铸坯进行了热酸浸横向低倍检查，从连铸坯热酸浸低倍组织看，等轴晶比较高，无内部裂纹，一般疏松、中心疏松均小于1级，缩孔小于等于0.5级，钢坯低倍组织相当好，达到了铸坯质量要求，见图1.

上海龙凤1314 shlf　　对60Si2MnA钢热轧材进行热酸浸横向低倍检验，见图2.可以看出，低倍组织中无明显的缩孔、气泡白点、裂纹，中心疏松和偏析均不大于1级，满足标准要求。

　　3.3脱碳层和显微组织

　　脱碳使钢的表面硬度下降，影响弹簧的疲劳寿命和弹性减退抗力等，所以希望弹簧钢脱碳敏感性愈小愈好。弹减抗力好的高硅含量的Si-Mn弹簧钢脱碳敏感性较大，这主要是由于硅提高钢的碳活度，增加了钢的脱碳倾向，而铬、钒、铌、钼除可降低钢中碳的活度外，还能形成碳化物，提高了钢中碳扩散的激活能，减轻了钢的脱碳倾向。并且一些研究结果表明：弹簧钢寿命与硅引起的脱碳成反比，增加合金元素铬可以降低硅对脱碳的不良作用[4].因此在60Si2MnA钢成分设计中加入适量的铬（w（Cr）≤0.35%）。标准中要求总脱碳层深度不大于直径乘2.0%（mm）,对Φ18~32mm规格直径的圆钢按照GB/T224-2008进行脱碳层深度检验评定，从检验的结果来看，总脱碳层深度在0.08~0.34mm,均满足标准要求。

上海龙凤1314 shlf　　对60Si2MnA钢热轧材进行了显微组织检验，热轧态显微组织为珠光体加铁素体，如图3所示，组织正常。

　　3.4力学性能和硬度

　　按照GB/T1222-2007标准要求，对试验钢进行热处理，由于标准中范围较宽，在生产检验中发现，力学性能影响波动大，因此根据工业性试制中各合金元素成分按中下限控制实际情况，优化出符合生产的较佳热处理工艺，即880℃淬火温度下保温45min油冷，490℃回火并保温90min后水冷。采取以上措施后，60Si2MnA钢试样调质态力学性能检验结果完全满足标准要求，合格率100%.同时对60Si2MnA钢热轧态表面进行了硬度检验，其布氏硬度值均小于315,满足标准布氏硬度要求，结果如表4所示。

　　3.5夹杂物检验

　　通过吹氩搅拌、造渣精炼、真空处理等手段，可以控制60Si2MnA钢中夹杂物尺寸和数量[5],从表5中可以看出，A类硫化物夹杂一般在0~1.5级；B类氧化铝类夹杂基本都是0级，只有2个批次中检验为0.5级，主要是铁合金中含铝；C类为0级，D类球状氧化物类0~1级。同时采用电子探针对60Si2MnA钢夹杂物成分组成和类型进行了分析。试验结果表明，钢中夹杂物多以硅铝酸钙、硫化钛锰和硫化锰为主，还有很少量的氮化钛，尺寸大小不一，见图4、图5.在Leica图像仪上对夹杂物进行定量分析，结果表明每平方毫米面积上的夹杂物有66个，最大直径约32μm,尺寸主要集中在2~6μm,比例达到70%;小于10μm夹杂物的比例达到90%,而小于10μm夹杂物的去除难度较大。

　　4批量生产效果

上海龙凤1314 shlf　　对107炉钢化学成分的C,Si,Mn,P,S,Cu,Ni,Cr等元素进行了统计，如图6至图11,可以看出，所有元素均满足标准要求，并且100%达到了内控成分要求，其过程能力指数Cpk都大于1.30,说明过程处于统计受控状态，过程能力充足。

　　对28批60Si2MnA钢热轧材的低倍质量进行统计分析，结果显示60Si2MnA热轧材中心疏松和一般疏松级别均在0.5~1.0级，符合GB/T3077-1999标准中的不大于2.0级要求，其中钢材中心疏松0.5级的占89%,1.0级的占11%;钢材中一般疏松0.5级的占81.7%,1.0级的占18.3%.

上海龙凤1314 shlf　　对78批次Φ18~32mm规格的60Si2MnA钢轧态硬度进行了检验，检验结果为180~320HB,同时对热处理后性能进行了统计，屈服强度Rel值在1391~1609MPa,平均值1477MPa;抗拉强度Rm值在1589~1703MPa,平均值1658MPa;断面伸长率A值在8%~15%,平均值9.4%;断面收缩率Z值在25%~39%,平均值29%.

上海龙凤1314 shlf　　对78批次钢材进行了金相检验，组织均为珠光体加铁素体，无异常组织，脱碳深度在0.03~0.35mm;钢中非金属夹杂物A类控制在1.5级以下，其中0.5级以下的占69%,B和C类控制在0.5级以下，其中0级的占75%,D类控制在1级以下，其中0.5级以下的87%.

　　检验结果表明，大批量生产的60Si2MnA钢各项指标均满足标准要求，性能合格率100%,质量完全满足用户要求。

　　5结语

上海龙凤1314 shlf　　1）采用转炉-LF精炼-RH-连铸-连轧工艺流程生产的60Si2MnA钢化学成分均匀、有害元素含量低、钢质洁净度高，各类夹杂物的级别低，分布均匀。钢中夹杂物以硅铝酸钙、硫化钛锰和硫化锰为主，还含有很少量的氮化钛，夹杂物尺寸主要集中在2~6μm,去除难度大。

上海龙凤1314 shlf　　2）转炉-LF精炼-RH-连铸-连轧工艺流程生产的60Si2MnA钢热轧材表面质量良好，脱碳层厚度薄，低倍组织、显微组织正常，力学性能优良，完全满足技术标准要求。

　　参考文献：

　　[1]伍先昭。钢包底吹氩试验[J].湖南冶金，1999（4）:4-7.

上海龙凤1314 shlf　　[2]黄铁山，董北平，张艳阳，等。转炉-精炼-连铸60Si2Mn弹簧钢的研制[J].炼钢，2000,16（4）:49

　　[3]李作贤，侯志全。汽车悬挂弹簧钢60Si2CrA的生产与研制[J].特钢技术，1998（1/2）:23.

　　[4]付成辉，马凤杰。脱碳深度对60Si2CrVAT弹簧钢疲劳性能的影响[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2011,13（6）:124-126.

上海龙凤1314 shlf　　[5]李正邦，薛正良，张家雯。弹簧钢夹杂物形态控制[J].钢铁，1999,34（4）:20.

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