轿车悬架用弹簧钢盘条的生产实践

1、轿车悬架用弹簧钢盘条的生产实践韩伟旗 崔娟（邢台钢铁有限责任公司技术中心， 河北 邢台 054027）摘 要 影响轿车悬架用弹簧钢盘条质量的因素主要有化学成分、夹杂物数量和形态分布、气体含量、表面质量、脱碳层、显微组织、力学性能及尺寸精度等，通过采用LF精炼炉和RH炉精炼技术，大方坯轻压下技术和控轧控冷技术，控制冶炼、连铸、加热、轧制等工序的关键参数，转炉冶炼时铁水比不低于90%，吹炼终点C0.075%，P、S0.010%，开轧温度不高于1000，预精轧和精轧入口温度低于900，减定径入口温度750800，控制60Si2MnA冷速在36/s， 55SiCrA冷速在24/s，经盘条质量检验并生产

2、出悬架簧测试，邢钢生产的60Si2MnA和55SiCrA盘条产品质量稳定，满足了轿车悬架簧质量要求。关键词 弹簧钢盘条、轿车悬架簧、脱碳层、连铸Production practice of wire rod for automobile suspension springAbstract Through adopting the refining technology of LF+RH, the soft reduction technology for bloom and the controlled-rolling and controlled-cooling technology, Xi

3、ngtai Steel has successfully produced the wire rod of 60Si2MnA and 55SiCrA, satisfying the quality requirement of automobile suspension spring.Keywords spring steel wire rod; automobile suspension spring; decarburization layer; continuous casting轿车悬架用弹簧钢盘条一般以60Si2MnA和55SiCrA 等牌号为主，对化学成分、夹杂物数量和形态分布、气

4、体含量、表面质量、脱碳层、显微组织、力学性能及尺寸精度等要求较高。在成功生产65Mn弹簧钢盘条的基础上，邢钢进行了轿车悬架用弹簧钢盘条60Si2MnA和55SiCrA的研制和开发，以满足市场需求，提升产品档次，增强市场竞争力。1 化学成分设计化学成分决定钢材的组织和性能，弹簧钢中所涉及的化学元素主要有C、Si、Mn、Cr、P、S等。合金元素在弹簧钢中的主要作用如提高力学性能（强度、硬度、弹性、塑性、韧性、疲劳性能等），理化性能（耐高温、低温、耐蚀、防锈等），工艺性能（淬透性、脱碳性、回火脆性、抗回火稳定性等）。由于弹簧钢高强韧性的要求，冶炼过程中除严格限制有害元素P、S、Cu外，还应精确控制C

5、、Si、Mn、Cr等元素的含量。综合考虑各化学元素在弹簧钢中的作用，同时参考了中、日、德三国的国家标准及国内外部分厂家生产的弹簧钢化学成分，优化设计了2种弹簧钢60Si2MnA和55SiCrA的内控化学成分。60Si2MnA化学成分见表1，55SiCrA化学成分见表2。 表1 60Si2MnA盘条化学成分 w/ %CSiMnPSCu标准0.560.641.502.000.600.900.0250.0250.20内控0.580.621.601.800.720.800.0150.0150.05表2 55SiCrA盘条化学成分 w/ %CSiMnCrPSCu标准0.500.601.201.600.5

6、00.900.500.800.0250.0250.20内控0.530.571.351.450.550.700.650.750.0120.0100.032 工艺路线选择脱硫铁水80t转炉80t LF精炼炉80t RH炉大方坯连铸步进梁式加热炉加热初轧机开坯成150×150方坯钢坯表面全修磨处理步进梁式加热炉加热高速线材轧机控制轧制斯太尔摩线控制冷却成品检验包装入库。由于轿车悬架簧对疲劳性能和可靠性的要求非常高，对相应弹簧钢盘条的实物质量要求非常严格。为此邢钢在生产实践中对各工序采取了针对性措施进行控制。2.1 冶炼、连铸控制轿车悬架用弹簧钢盘条良好的内在质量是由冶金过程决定的。首先应保

7、证准确的化学成分，这样才能在加工和热处理后得到确保性能的显微组织，良好稳定的淬透性以及各种性能。此外，应有高的纯洁度，P、S等杂质元素和H、N等要低。钢中的各种非金属夹杂物不但要求含量低而且要控制其形状、大小、分布、成分等，尤其是减少颗粒尺寸大、硬度高、不易变形的夹杂物，这些有害夹杂物是应力集中源，易引起裂纹疲劳破坏1。为严格控制夹杂物的组成及其形态和分布、气体含量和有害、残余元素含量，转炉冶炼使用脱硫铁水和优质废钢，铁水比不低于90%；采用转炉终点控制技术，吹炼终点C0.075%，P、S0.010%，严格控制出钢温度，减少下渣；LF精炼渣采用高碱度、低氧化性的脱硫渣系，此渣系具有良好的流动性

8、，并在精炼前期加强脱氧，提高脱硫效率；RH真空处理时间保证20 min，纯循环时间5 min，软吹时间10 min以上，充分去除钢中的气体和非金属夹杂物。在连铸工序中使用全保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌和轻压下技术，压下量5 mm，严格控制C、S等元素偏析。2.2 加热控制脱碳会导致弹簧钢的抗疲劳强度降低。根据弹簧钢的脱碳机理，表面脱碳包括碳原子从金属内部向表面扩散及其在金属表面与炉气中的氧发生氧化两个过程。要控制弹簧钢的表面脱碳应减缓碳在加热和冷却过程的扩散系数和扩散时间，尽量降低加热炉内氧的浓度以减少其氧化程度2。为了严格控制表面脱碳，开坯和线材加热应严格控制加热温度、加热时间及炉内气氛。采

9、用步进梁式加热炉进行快速加热，缩短钢坯在高温区域的停留时间；选择较低的加热温度，避开弹簧钢的脱碳峰值范围；适当调节和控制炉内气氛，保证炉内微正压和弱氧化性气氛3。为保证最终通条性能和组织的一致性，连铸坯加热时尾部控制温度应高于头部温度50，轧制坯加热时尾部控制温度应高于头部温度30。2.3 轧制控制轿车悬架用弹簧钢盘条一般以Ø 12.0 mmØ 16.0 mm规格为主，由于直径较大，为保证盘条心部变形的一致性和组织的均匀性，提高材料冷加工性能，实现均匀细化的显微组织，采用三段变形控制轧制技术：控制开轧温度不高于1000，使粗中轧在再结晶区轧制，同时充分利用粗中轧POMINI

10、红圈轧机的设备能力，适当加大粗中轧的道次压下量，减小各道次间的张力；控制预精轧和精轧入口温度低于900，实现预精轧和精轧在低于再结晶区轧制，平衡各冷却水箱冷却能力，避免表面急冷；减定径采用低温轧制技术，控制减定径入口温度750800，实现双相区轧制4。为保证盘条的表面质量和尺寸精度，轧前采用钢坯全修磨去除钢坯的表面裂纹、皮下夹杂并消除脱碳层，避免钢坯缺陷带入轧材中；线材严格控制各机架进出口导卫的安装精度和对中度，加大高压水除鳞压力。生产Ø15.0 mmØ16.0 mm大规格盘条时，要注意调整吐丝机夹送辊超前系数，以避免吐丝机尾部吐小圈的问题。2.4 轧后冷却弹簧钢盘条轧后冷

11、却的目的是得到所需的索氏体组织，减少铁素体析出量，控制组织性能的均匀性。根据有关文献的研究5 6，并依据实验室进行的60Si2MnA和55SiCrA相变规律的研究，实际控制60Si2MnA冷速在36/s，控制55SiCrA冷速在24/s，生产中应根据规格的不同调整风机风量和辊道速度；同时为减少二次脱碳，控制氧化铁皮的厚度，在保证不出现马氏体等异常组织的前提下可适当加大冷速。3 盘条质量通过对已生产的60Si2MnA和55SiCrA进行氧氮分析，钢中氧的质量分数均低于15×106，氮的质量分数均低于30×106，达到了预期效果。盘条中未发现粗系夹杂物，D类夹杂物基本控制在15

12、 mm以下。通过对钢坯进行检验，碳偏析指数控制在1.06以下。经检测，60Si2MnA和55SiCrA均未发现全脱碳层，60Si2MnA总脱碳层控制在0.8%D以下，55SiCrA总脱碳层控制在0.6%D以下。60Si2MnA和55SiCrA脱碳层金相照片如图1所示。 A 60Si2MnA B 55SiCrA图1 脱碳层金相照片经检验，60Si2MnA和55SiCrA力学性能总体差异不大，抗拉强度在9801050MPa，延伸率10%，面缩率40%，硬度小于320HB。随规格增大，面缩率呈现降低趋势。邢钢生产的60Si2MnA和55SiCrA盘条，经用户使用，盘条表面质量、拉拔性能及热处理性能等

13、均能满足油淬火回火钢丝生产要求，制成的轿车用悬架簧各项指标符合检验要求，疲劳寿命在50万次以上，满足轿车悬架簧的质量要求。4 结语邢钢采用80 t 转炉+LF精炼炉+RH炉+大方坯连铸+开坯+表面修磨+高速线材控轧控冷工艺流程，生产时对原料、冶炼、精炼、连铸和轧制各工序进行严格控制，基本解决了影响轿车悬架簧用盘条使用的表面质量、脱碳、夹杂物控制、偏析、组织均匀性等关键问题 ，生产的60Si2MnA和55SiCrA盘条，产品质量稳定，满足了轿车悬架簧质量要求。参考文献1 周建男.特殊钢生产工艺技术概述(续)J.山东冶金，2008，30（3）：1-3.2 蔡海燕 张忠铧 张 弛.60Si2Mn 弹簧钢表面脱碳的研究.金属