60si2mn弹簧圆钢的生产

60si2mn弹簧圆钢的生产

弹簧作为汽车工业的重要组成部分。随着汽车工业的发展，弹簧钢也逐渐发展为特殊钢中的重要组成部分。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,从而对弹簧钢的性能要求也就十分严格,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,而且要求优良的表面质量,组织均匀细密等。弹簧钢一般分为铬-锰系列和硅锰系列,其代表钢种分别为55CrMnA和60Si2Mn,60Si2Mn弹簧钢具有良好的弹性极限、屈服强度和疲劳强度,生产工艺成熟,在我国弹簧钢生产中占有60%～70%比例。鄂钢电炉炼钢厂自2002年投产以来,便将60Si2Mn作为电炉钢生产中的一个重要品种,热轧为圆钢或扁钢,但在生产弹簧圆钢时,出现了较为严重的机械性能不合,主要表现为延伸率及断面收缩率低,试样呈脆性断口,断口及低倍试样中发现有白点缺陷。1试验检验基本不合格分析从2003年1月至2004年5月,共生产弹簧钢60Si2Mn约25000余吨,其中一部分轧为Ф16mm～Ф60mm圆钢时,机械性能一次检验基本不合格,典型实物与南昌钢厂比较见表1。试样呈脆性断口,在断口处及低倍检验中均发现白点(如图1、图2所示):在弹簧圆钢检验中,小规格的延伸率和断面收缩率一般要高于大规格。弹簧扁钢去年老轧二为两火成材,质量基本较为稳定,今年新轧二一火成材后,出现了剪口脆断及在制做板簧时出现冲孔断裂。2钢中氢含量偏高是判定钢塑性较低的主要原因为定性分析造成延伸率和断面收缩率低的原因,2003年7月份,将两个典型拉伸断口试样(31-1926Ф35、31-2142Ф50)送湖北省冶金产品质量监督检验站进行电子探针分析,分析结果为:白点位置为断裂源(如图3所示),该部位的晶粒比较粗大,呈不典型准解理但比典型准解理要平滑,有明显脆性特征(如图4所示),没有发现足以引起不正常断裂的夹杂物,断裂扩展部位的韧窝细小。从表1可看出,二次样检验中,除有4炉钢机械性能勉强合格外,其它4炉延伸率及断面收缩率均偏低,表现为在做拉伸试验时试样脆断,断口位置出现白点。由此,认为造成钢材塑性低的主要原因为钢中氢含量高,去年质量部也曾将60Si2Mn圆钢试样送武钢研究所分析,也是确认钢中氢含量偏高。根据电炉厂冶炼工艺流程,在冶炼弹簧钢60Si2Mn时,入炉硅铁、锰铁及萤石均未经过烘烤,借鉴国内同类型厂家及老一炼钢生产经验,合金及渣料未经烘烤入炉,势必会使钢液大量增氢。硅锰弹簧钢由于含硅量较高,更易吸收气体,具有白点敏感性,故我厂所冶炼弹簧钢60Si2Mn含氢量较高,由于我厂当前受条件限制,还不能对钢中氢含量进行定量测定,但根据相关经验,当氢含量在6ppm以上时,足以使钢中形成白点。氢以原子或离子形式溶于钢中,在温度下降时,析出形成氢分子,并集聚在枝晶或夹杂物集聚或疏松空隙处,在相变应力和热应力联合作用下,其析集压力非常大,在锻轧时易产生裂纹(发纹),该缺陷一般称之为“白点”。钢中氢含量高时会显著降低钢的塑性和冲击韧性,经验显示,钢中氢含量达到6ppm以上时,就足以使钢的塑性降至最低限。之所以60Si2Mn弹簧扁钢及小规格圆钢与大规格圆钢相比,其机械性能(延伸及收缩)要好些,我们认为主要是由于弹扁及小规格圆钢在热加工过程中,氢更易扩散,从而降低了钢中实际的氢含量。3工艺改进措施根据以上原因分析,我们生产了一个浇次4炉60Si2Mn进行试验,重点对合金进行了烘烤,烘烤情况见表2:从表2可看出,硅铁和碳的回收率基本与烘烤时间成反比,且与烘烤情况具有一定关系。在试验过程中,电炉水冷件系统未漏水,除萤石外其它入炉材料基本烘烤良好,铸坯进行了堆冷16小时。此4炉钢轧制为3个规格,其机械性能一次检验结果见表3:从表3可看出,45-3127、3128两炉延伸率及断面收缩率合乎标准要求,但除45-3127外,其它3个炉号的屈服和抗拉强度均低于标准要求,我们认为主要还是由于在试验过程中入炉萤石未进行烘烤,且铸坯在冷却过程中冷却速度较快,氢在钢中不易扩散逸出。为防止60Si2Mn圆钢内出现白点及改善其机械性能,具体工艺改进措施:1)出钢前将硅铁按规格中上限计算、高碳锰铁和锰碳球按C和Mn规格下限计算加入钢包中进行烘烤。2)入精炼炉碳保证在0.41%～0.56%范围,从而有效减少精炼期增碳过程中钢水吸气。3)稳定出钢量,从而确保入精炼炉成份,保证精炼期少加入合金。4)对萤石进行烘烤,并保证各种散状料水份≤0.5%。5)精炼炉做好脱氧工作,不加入终脱氧铝,精炼炉软吹氩时间≥7分钟。6)合理执行吊包温度,保证中包过热度在15℃～30℃范围,尽量做到在20℃左右。7)连铸拉速控制:2.4～2.5m/min(150方);1.4～1.5m/min(200方)。8)红坯入缓冷坑进行缓冷,保证入坑温度≥700℃,坯表面温度≤200℃后出坑。9)下雨天、冶炼炉向炉内漏水时不得冶炼此品种。经过技术改造和不断的工艺改进,鄂钢60Si2Mn弹簧圆钢白点攻关取得了一定效果,2005年7月份所生产小规格圆钢未出现白点,机械性能全部合格。8月份生产Ф20～65mm弹圆1884吨,机械性能合格率也达到100%,大规格圆钢白点占23%,与攻关前相比有一较大幅度改善。4氢含量高的原因1)造成60Si2Mn弹簧圆钢机械性能