弹簧钢盘条工艺技术实践.doc

弹簧钢盘条工艺技术实践【摘 要】本文简述了弹簧钢盘条生产的工艺流程、检验结果，并系统分析了生产工艺对弹簧钢盘条组织性能的影响，对60Si2Mn和60Si2MnA两种盘条的生产和存在的问题进行了研究，为提高弹簧钢盘条的性能和质量提供了解决方向。1.概述弹簧钢丝的工作环境比较恶劣，技术性能要求比较严格，并且由于弹簧本身长度较短，弹簧的制作过程实际上是对盘条通条性能的检验、考核过程，使得一些线材生产厂家生产的此类产品质量一直不稳定，因此许多弹簧生产企业只能高价进口或者采用高碳钢盘条替代。进口盘条价格高，生产成本居高不下，严重影响产品市场竞争力，而采用高碳钢盘条生产的弹簧强度低、耐疲劳性能差，产品质量无法提高。酒钢炼轧厂二高线生产线从2009年开始生产弹簧钢盘条，使用自产连铸方坯，通过对弹簧钢生产工艺、组织性能研究，试制了60Si2Mn及60Si2MnA盘条，其中的60Si2Mn生产获得了成功，经用户试用效果良好，60Si2MnA盘条除硬度偏高外，其他指标均为良好。这一产品试制过程存在的主要问题包括三个方面：一是连铸方坯成分控制难度大，P、S等有害元素要求严格；二是盘条夹杂物、气体含量控制不好时，制成的弹簧性能偏低；三是欠缺生产弹簧钢的经验，轧制工艺需要进行摸索。针对这些问题，技术人员深入研究，通过现场工艺试验，采取了有效措施，成功开发出高性能产品。2.生产线简介2.1 二高线是酒钢依据总体发展战略规划，在炼钢成品跨新建的一条高速线材生产线，投产于2002年9月12日，以生产优质线材为主。二高线采用当时世界上先进、成熟、可靠的工艺和设备，主要设备预精轧机至集卷筒从具有当今世界先进水平的美国摩根公司引进，电控系统从德国西门子引进，打包机为瑞典森得斯公司制造，使用线材和钢带两种打包方式。二高线原料采m连铸方坯，成品卷重2吨，设计年产量40万吨。2.2 工艺流程二高线工艺流程见图1。方坯连铸机 出坯辊道 移坯机 热装：热送/升降辊道转盘热送辊道分钢装置冷装：翻转冷床天车吊运冷热坯堆放区冷热坯上料台架输送辊道称重、测长 入炉加热 6架粗轧S1切头尾 6架1中轧S2切头尾2架2中轧架预精轧S3切头 8架精轧机组 水冷 4架减定径机组 水冷 吐丝 散卷风冷 集卷 检查修剪头尾 打包 PF运输 称重挂牌 卸卷 入库图1 二高线生产工艺流程3.产品试制情况用户对产品提出了很高的要求，因此产品的开发不能完全依照现成标准进行组织，产品化学成分的设计，主要依据的是与用户达成的技术协议，表面外观质量和性能则执行GB/T 1222-2007。3.1 产品试制过程及工艺控制表1 弹簧钢盘条生产情况牌号规格批号判定情况60Si2Mn14N0052118合格N0052119合格60Si2Mn12N0091410合格60Si2Mn10N0093017合格60Si2MnAN0093018硬度不合格产品试制过程对加热温度、出炉温度、精轧机入口温度、出精轧机穿水冷却后温度、吐丝温度等工艺参数都进行了严格控制，轧制全程对钢坯及红坯质量严格检查，开轧前检查轧槽表面质量及导卫对中情况，发现异常全部更换，出炉除鳞水全部打开。轧后控冷工艺的制定，参考60Si2Mn连续转变C曲线，采用缓冷工艺。3.2 弹簧钢盘条的检验情况部分成品盘条化学成分检验结果如表2。表2 弹簧钢盘条化学成分牌号规格批号炉号熔炼成份CSiMnPSNiCrCu60Si2Mn14N005211892062660.5821.6460.7870.0080.0050.0060.0170.015N005211992062650.5861.60.7790.0090.0080.0060.0160.01660Si2Mn12N009141001076750.5891.6480.8050.0160.0040.0060.0310.01360Si2Mn10N009301701076740.5841.6370.7910.0160.0060.0070.0370.01760Si2MnA10N009301801076760.5921.7260.790.0120.0060.0090.2230.014盘条力学性能检验结果如表3。表3 弹簧钢盘条力学性能牌号规格项目力学性能硬度（HBW）Rm，MpaZ，%60Si2Mn14最大108033.5280最小98522262平均103126.727212最大107027.5329最小103027.5285平均105027.530810最大105027.5321最小100026179平均102526.7527160Si2MnA10最大107023.5363最小104023174平均105523.25307试制盘条金相检验结果与夹杂物检验结果如表4、表5。表4 弹簧钢盘条金相组织牌号规格批号晶粒度（级）组织定量，%脱碳mm低倍，级FP中心偏析疏松裂纹60Si2Mn14N00521189-107.292.80.25500014N00521199-1018.491.60.25500012N00914109-109.9590.050.1050.50.5010N0093017823.1576.850.07501.0060Si2MnA10N00930188-921.9578.050.08500.50表5 弹簧钢盘条非金属夹杂（单位：级）牌号规格批号硫化物氧化铝硅酸盐球状氧化物粗系细系粗系细系粗系细系粗系细系60Si2Mn14N0052118000010.510.514N00521190.500000.50.50.512N0091410002000.511.510N00930170000.50.5011.560Si2MnA10N0093018002.5100.511.54.产品质量影响因素分析4.1 加热温度对钢的强度和脱碳的影响虽然几次生产的轧制工艺方案一样，但是5月51日生产时换14规格用了50分钟，轧制过程调整工艺参数用了31分钟，轧制过程时轧时停，导致炉内钢坯长时间保温，因而加热温度最高；9月14日和9月30日生产，两次都基本没有停机时间，因而炉内保温时间最短加热温度最低。从力学性能看9月14日和9月30日生产的偏高。产生这一现象的原因在于加热温度较低时，较多的未溶碳氮化物存在奥氏体中， 具有阻止奥氏体晶粒长大的作用，因此原始奥氏体晶粒较为细小，晶界强化效果最好；加热温度较高时时组织最粗，晶界强化效果最差因而强度较低。通过表4可看出，随加热温度的升高或加热时间的延长，轧后试件脱碳层明显增加，说明轧前加热温度对脱碳影响明显。因为加热温度的提高， 钢中碳原子的活动能力增加，使钢中的碳原子易于移至表面与加热炉内的氧作用而形成CO2，导致了脱碳增加。4.2 化学成分对硬度的影响9月30日二高线生产了一批60Si2MnA，与60Si2Mn相比主要成分区别是增加了Cr含量，协议要求Cr含量0.15-0.35%。从轧后检验结果看，硬度波动非常大，一共9个试验值，3个小于190，其余都在310以上，总体偏高，取复验样检验硬度全部大于300，平均值大于用户要求321。国标中对60Si2MnA的成分要求并没有对Cr提出特殊要求，只是用户提出了Cr含量0.15-0.35%。由于Cr的细晶强化作用导致盘条硬度显著上升，以致不满足国标要求，这是目前二高线生产60Si2MnA弹簧钢存在的主要问题。针对60Si2MnA硬度偏高的问题，采取了轧后空冷工艺基础上进一步加强缓冷的措施，在此基础上试验不同吐丝温度对组织性能的影响，获得了理想的组织和性能