60Si2MnA弹簧钢的生产技术要点与产品检验论文

2020-09-24 18:57:38 141

武汉钢铁带钢厂根据其技术特点以来，自2011年5月首次路由BOF-LF-RH-CC-60Si2MnA轧钢生产以来，已具备批量生产能力，生产弹簧钢60Si2MnA符合GB / T1222-2007标准。在学术堂下面为大家整理冶金工程论文《 60Si2MnA弹簧钢的生产技术和产品测试要点》，供大家参考。

原标题：实践120tBOF-LF-RH-CC生产工艺60Si2MnA弹簧

摘要：武汉带钢-LF- RH-转炉精炼厂采用连续铸造-轧制工艺生产60Si2MnA弹簧钢，通过控制熔融液的w（S）和w（Ti），控制转炉的w（C），进行无铝钢的脱氧工艺， LF全氩搅拌，RH“软氩”，过热控制中间包15〜30℃，保护铸件，冷轧等措施，使钢中夹杂物含量不大于1.5，布氏硬度小于315，完全满足技术要求用户。

关键词：60Si2MnA弹簧钢；连铸；包容性脱碳层

弹簧是非常重要的机械零件，而螺栓，齿轮则构成了机器的三个基本零件。弹簧是弹簧的重要作用，在各种机器，阻尼，能量存储，连接，支撑，密封，传递等方面，弹簧起缓冲作用。弹簧在交变应力作用下会周期性弯曲，扭曲等，受到拉力，压缩，扭转，多重作用的冲击，疲劳，腐蚀，有时需要承受短暂的极端冲击载荷。由于工作条件恶劣，对弹簧钢的性能要求非常严格，不仅要具有很高的淬透性，还要确保弹簧的整个横截面获得均匀的微观结构，良好的机械性能（包括疲劳性能）和出色的表面质量要求，统一精细的组织等等。武汉钢铁厂根据带钢的技术特点，自2011年5月以来首次路由BOF-LF-RH-CC-60Si2MnA轧制钢生产，具有批量生产能力，生产的弹簧钢60Si2MnA符合GB / T1222-2007标准。

160Si2MnA弹簧钢的主要要求

1.1化学成分

60Si2MnA弹簧钢的要求：w（C）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低倍率结构

酸浸后的钢截面，根据GB / T226-2001和GB / T1979-2001标准对低倍率试纸上没有可见的收缩，裂纹，气泡，夹杂物，剥离，白斑和晶间裂纹进行测试和评级；根据GB / T10561-2005中的方法A评估非金属夹杂物。非金属夹杂物的含量列于表1。

根据GB / L检验钢的总脱碳层深度（完全脱碳和部分脱碳）。 T224-2008。直径为Φ16〜30mm时，应满足不大于直径乘以2.0％的要求；当直径大于Φ30mm时，应满足不大于直径乘以1.5％的要求。

1.3后的力学性能

取钢材纵向11.5mm的直径的空白样品进行（870±20）℃淬火和（440±50）℃回火，然后精加工直径为10mm的标准样品。机械性能应满足ReL≥1375MPa，Rm≥1570MPa，A11.3≥5％，Z≥20％

1.4生产工艺

60Si2MnA弹簧钢转炉生产工艺为：铁脱硫-120tBOF （BOF）-bar（氩气站）-LF（精炼）-RH（真空）-CC（200mm×200mm×7000mm）。轧制过程：加热板坯-轧制-尺寸，形状和表面检查-取样和测试-精加工-包装-储存。

2种生产技术

2.1冶炼

转炉吹炼端的精确控制，以避免熔融的过氧化物，低w（O）钢冶炼是大规模，高效，低成本的洁净钢技术的重点生产。铁水脱硫后w（S）≤0.005％，同时控制w（Ti）≤0.001％，以防止TiN夹杂物的产生脆化；高强度碳工艺，终点w（C）控制为0.08〜0.30％，炉渣中碱度高至P，在连续氩气过程中保持钢水，加强吹炼阶段的熔炼底部，防止熔融的过氧化物促进钢渣平衡采用渣球出渣，钢包渣层厚度控制在100mm以内；使用合金化和脱氧炉，当合金材料中加入约四分之一的钢和碳剂时，同时大包筑起新的矿渣，石灰和萤石添加了活性，因为钢水的流动性与60Si2MnA差，中间包喷嘴容易堵塞的铅应尽可能减少易于形成高熔点氧化物的铝的量，因此在炉后不添加Al块用于脱氧。一种重要的手段

吹氩2.2

钢包氩作为均匀的熔融成分，温度，减少钢中的夹杂物，提高钢的质量，已成为炼钢过程中不可或缺的一部分

。到达氩气3min的温度后，取样，进行成分分析，然后将其绞接到LF炉中。

2.3LF炉精炼过程

是将钢水吹入矿坑后开始加热的钢水；温度T≥1560℃时，首先要对样品进行广泛的分析，并视情况将浮渣适当添加到活性石灰，炉渣和萤石中调节炉渣条件的成分，在制渣过程中同时渣碱度为0.7至2.0加入适量的Si，SiC等脱氧渣表面，调整成分后形成白色残渣，保持时间不少于15min。压制内部成分后，将氩气大量暴露于钢水中搅拌。

2.4RH真空处理

RH真空处理是为了减少钢中的氧气，气态元素，氮气等，可以有效减少钢制工具中夹杂物的数量。当设定真空度不大于100 Pa的过程中，处理时间为15〜35min。真空处理结束后，温度，钢样取下，氩气软化操作，吹氩时间为10〜30min。

2.5连铸工艺

温度控制系统是确保中间包和连铸板坯内部质量的关键是良好的基础板坯质量，特别是对于高碳钢60Si2MnA。由于高碳钢在凝固过程中体积收缩大，容易偏析[2-3]，如果过热度过高，则大方坯会形成大方坯晶体，热量在反应力的共同作用下，容易产生中心气孔，内部收缩和开裂，同时​​还伴有严重的偏析，因此实现低过热度浇注和良好的浇注保护非常重要。

严格控制连铸过程钢水温度，钢水温度控制在目标液相线15〜30℃，先包后加碱镁粉，硬质合金渣，糠壳，铸型高碳钢渣粉，铸造调速1.10〜1.30m / min，采用二次冷却水比计3。铸件采用浸入式喷嘴，喷嘴插入深度为100〜150mm，结晶器液位自动控制，开模电磁搅拌及软压下（压下目标3mm） ）。同时，采用长水口氩气密封来保护铸件，以确保密封效果并防止钢水二次氧化。

2.6轧制工艺

考虑到60Si2MnA钢比其他钢更容易脱碳，因此使用推压式加热炉，脱碳层是该钢的重要品质，因此，制定方坯加热系统，均热区的温度低于其他钢种。在1100〜1150℃下，严格按照表2实施方坯加热系统，以确保上下表面温度一致且加热均匀。高压除水垢可有效清除水垢，避免刮伤或破裂。轧制温度控制在960〜1080℃，最终轧制温度控制在850℃以下，轧制后上部冷却床空冷。

3产品检验和分析

3.1化学成分

成品的化学成分进行了试验钢5炉的统计分析，从表3中可以看出所有元素均已充满符合GB / T1222-2007标准的要求，并且100％符合内部控制组件的要求。将C和Si元素的含量控制在标准中限值，将Mn元素控制在下限值目标。 W（Cr）控制在0.18％左右，w（P）≤0.017％，w（S）在0.010％以下，残留元素Ni和Cu的含量根据要求严格控制。

3.2板坯和钢的低倍率检查

对60Si2MnA试验钢坯进行热酸浸横向低倍率检查。从低倍率结构来看，等轴晶粒相对较高，并且没有内部裂纹。通常，疏松度和中央疏松度小于1级，并且收缩率小于或等于0.5。平板的低倍率结构相当好，可以满足平板的质量要求，见图1。

对60Si2MnA钢热轧钢进行热酸浸横向低倍率测试，如图2所示。可以看出没有明显的缩孔和气泡。在低倍率结构中。白点，裂纹，中心松动和偏析不超过1级，符合标准要求。

3.3脱碳层和微结构

脱碳会降低钢的表面硬度，影响弹簧的疲劳寿命，并降低弹性。希望弹簧钢的脱碳敏感性越小越好。具有高硅含量和良好的弹性的Si-Mn弹簧钢对脱碳更敏感。这主要是因为硅增加了钢的碳活性并增加了钢的脱碳趋势，而铬，钒，铌和钼的去除除了降低钢中的碳活性外，还可以形成碳化物，从而增加钢中碳扩散的活化能并降低钢的脱碳趋势。一些研究结果表明，弹簧钢的寿命与硅引起的脱碳成反比，增加合金元素铬可以减少硅对脱碳的不利影响。因此，要适量添加铬（w（Cr（w（Cr）≤0.35％）。该标准要求脱碳层的总深度不大于直径乘以直径的2.0％（mm））。直径Φ18〜32mm，按照GB / T224-2008进行脱碳层深度的检查和评价，从检查结果中对脱碳层的总层进行检查和评价，碳层深度为0.08〜0.34mm，

均对60Si2MnA钢热轧材料进行了组织检查，热轧状态下的组织为珠光体和铁素体，如图3所示，结构正常。

3.4力学性能和硬度

依照GB / T1222-2007标准要求，对试验钢进行热处理，由于其适用范围广标准，生产中在检查中发现机械支撑的影响种族起伏很大。因此，根据工业试生产中每种合金元素组成的实际情况，根据上下限控制实际情况，并优化了适合生产的更好的热处理工艺，即保温。在880°C下保持45分钟，并在490°C上冷却油。回火并冷却90分钟。采取上述措施后，检查了60Si2MnA钢样品的淬火和回火状态的机械性能。测试结果完全符合标准要求，合格率为100％。同时，对60Si2MnA钢的热轧表面进行了硬度测试。布氏硬度值小于315，符合标准布氏硬度要求。结果显示在表4中。

3.5夹杂物检查

60Si2MnA钢中夹杂物的大小和数量可以通过吹氩和吹气来控制。搅拌，造渣，精炼和真空处理

4批量生产效果

107炉钢C，Si的化学成分，Mn，P，S，Cu，Ni，Cr和其他统计元素，如图1和2所示。从图6到11可以看出，所有要素均符合标准，并达到100％所需的内部控制组件，过程能力指数Cpk大于1.30，表明该过程处于统计控制状态，具有足够的过程能力。

低28倍于热轧钢批质量60Si2MnA的统计分析表明，60Si2MnA中心孔隙率和热轧样品的一般疏松度为0.5到1.0，符合GB / T3077- 1999年标准的要求不大于2.0。其中，等级0.5的松散钢中心占89％，等级1.0的中心占11％； 0.5级钢的一般疏松度占81.7％，1.0级钢的一般疏松度占18.3％。

测试了Φ18〜32mm规格的78批次60Si2MnA钢的轧制硬度。试验结果为180〜320HB。同时，计算了热处理后的性能。屈服强度Rel值为1391〜1609MPa，平均值为1477MPa。抗拉强度Rm值为1589〜1703MPa，平均值为1658MPa；截面伸长率A值为8％〜15％，平均值为9.4％。这部分收缩率Z值为25％〜39％，平均为29％。

对78批钢进行金相检验，其结构为珠光体加铁素体，无异常结构，脱碳深度为0.03〜0.35mm；钢中的非金属夹杂物控制在1.5以下，其中69％在0.5以下，B和C在0.5以下，其中0在75％以下，D在1以下，其中87％在0.5以下。低于0.5级。

测试结果表明，大量生产的60Si2MnA钢各项指标均达到标准要求，性能合格率为100％，质量完全满足用户要求。

5结论

1）转炉-LF精炼-RH连续铸造-连续轧制工艺生产的60Si2MnA钢化学成分均匀，有害元素含量低，该钢清洁度高，各种夹杂物含量低，分布均匀。钢中的夹杂物主要是铝硅酸钙，硫化钛锰和硫化锰，并且还包含少量的氮化钛。夹杂物的尺寸主要集中在2〜6μm，难以去除。

2）转炉-LF精炼-RH连续铸造-连续轧制工艺生产的60Si2MnA钢热轧钢，具有良好的表面质量，薄的脱碳层厚度，正常的低倍率和显微组织以及机械性能。优良，完全符合技术标准要求。

参考文献：

吴贤照。钢包底吹氩试验[J]湖南冶金，1999（4）：4-7

李作贤，侯志全。汽车悬架弹簧钢60Si2CrA的生产与发展[J]。钢铁技术，1998（1/2）：23

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