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60CrMnA弹簧扁钢的试制

时间: 2011-06-24 22:09 来源: 作者: 青岛钢铁控股集团 孙理 孙杰青 陈戈萍 点击:
摘要:采用转炉-精炼-连铸-型材轧机工艺流程试制60CrMnA弹簧扁钢。通过采取拉碳法、LF精炼及喂丝、保护浇铸和轧制合理控制冷却等措施,解决了生产中存在的扁钢硬度高、表面毛刺、侧面裂纹等问题,生产出了符合GB1222-84标准和满足用户要求的60CrMnA优质弹簧扁钢。
关键词:60CrMnA;弹簧扁钢;试制

1 前 言

60CrMnA弹簧扁钢主要用于重型汽车等减振部件,使用条件比较恶劣,对其强度、疲劳极限及冲击韧性要求较高。60CrMnA钢系合金弹簧钢,克服了Si-Mn钢的缺点,可防止钢的过热和脱碳,具有良好的工艺性能和综合机械性能。铬的加入,钢的淬透性较好,同时由于加入钒,使晶粒细化,保证在高温下仍具有较高的弹性极限和屈服极限[1]。青岛钢铁控股集团有限公司(简称青钢)在生产60Si2Mn弹簧扁钢的基础上,从2002年开始用转炉-LF精炼-连铸-型材轧机工艺试制60CrMnA弹簧扁钢。通过采取多项先进工艺技术,钢材的各项性能均达到GB1222-84规定要求,同时也得到了用户的好评,至今可以生产3个系列10种规格的弹簧扁钢。

2 试制工艺

2.1 主要设备及工艺流程

4座350m3高炉,4座30t氧气顶吹转炉,3台R5m和1台R8m四机四流小方坯连铸机,三段连续蓄热式燃气加热炉1座,Φ550mm×1/Φ350mm×3/Φ250mm×2/Φ330mm×1轧机。
工艺流程为:高炉铁水—氧气顶吹转炉—LF精炼及喂丝—小方坯连铸机—加热炉—型材轧机—成品检验入库。

2.2 冶炼工艺

(1)采用拉碳法冶炼,从而使钢中碳比较均匀,同时降低了钢中的氧含量。
(2)出钢的前期和后期要挡好渣,合理选用合金进行脱氧及合金化。
(3)采用LF精炼及喂丝技术,有效降低了钢液中的氧含量和夹杂物数量,大大提高了钢液的纯净度。在LF进行成分微调,使钢水成分、温度均匀。
(4)连铸采用全过程保护浇铸,使铸坯表面质量得到了改善。保护浇铸方式采用浸入式保护管并吹氩气。
(5)采用结晶器电磁搅拌;二次冷却方式采用汽水雾化冷却,使铸坯表面质量得到了进一步改善。
(6)通过控制合理的拉速,使铸坯内部质量得到明显改善;通过合理控制温度,实现了低过热度浇铸,从而改善了铸坯内部质量。

2.2 轧制工艺

(1)方坯入炉前严格检查表面质量,对表面缺陷进行清理;在其上面及两头的端面涂抹一层浆状物质,以防止脱碳。
(2)采用150mm×150mm断面连铸坯生产大规格扁钢,提高压缩比。各孔型采用适当的变形参数使变形均匀,保证质量。
(3)合理控制加热温度、开轧温度、终轧温度。
(4)冷床进行保温,在收集处实行堆冷。

3 解决的主要问题

3.1 扁钢硬度

60CrMnA弹簧扁钢最大的特点是含有较高的铬、钒等元素,从而使晶粒细化,但控制不当容易造成扁钢硬度偏高,对制作弹簧前的下料冲孔等工艺影响很大。利用LF的成分微调功能,对主要元素含量(特别是C、Cr、V)全部按某个较窄的范围控制,取得了较好的效果;轧后在冷床上进行保温,在收集处实行堆冷,创造条件降低冷却速度,保证成品扁钢的硬度不超标。

3.2 扁钢表面起毛刺

试制初期,由于对铸坯振痕认识不足,使扁钢表面起毛刺,尤其是扁钢侧面。通过研究分析,认为是铸坯振痕过深产生微裂纹造成的,在改变了结晶器的振幅和频率后,再没有发现扁钢表面起毛刺现象。

3.3 扁钢侧面裂纹

在扁钢试制过程中,在线取样酸洗检查表面质量,发现个别扁钢侧面有裂纹,初步分析认为是铸坯表面凹陷造成的。为了进一步确认凹陷对扁钢侧面裂纹的影响,取19个铸坯样,进行了低倍检验分析及测量,发现坯样有凹陷处伴有皮下裂纹,且凹陷越深,皮下裂纹距凹陷谷底的距离越近。同时对有凹陷的铸坯按凹陷深度分类进行轧制试验,试验结果表明,凹陷深度大时,裂纹明显增加。

通过低倍分析及轧制试验结果,规定凹陷深度比较大可以作为铸坯判废条件。为了解决凹陷问题,将二次冷却方式改为汽水雾化冷却进行试验,结果显示凹陷废品率由原来的35%降为0.3%。试验的铸坯轧制成扁钢后,没有发现扁钢侧面有裂纹现象。

4 试制结果及分析

60CrMnA的熔炼成分见表1。钢中成分不均匀是造成扁钢力学性能以及热处理不稳定的重要因素。所以通过严格控制铁水装入制度、制定合理的造渣制度、采用拉碳法冶炼等,使成分完全符合标准要求,且比较稳定、均匀。

表1 熔炼成分 %

注:(1)采用光谱分析法进行成分分析;(2)统计炉数为100炉。

扁钢产品性能指标见表2。在试制过程中,通过采取LF精炼、保护浇铸、轧后控制冷却等一系列的措施,稳定了成分,提高了铸坯的内部质量,使扁钢的性能和硬度符合标准要求。

表2 扁钢性能

扁钢低倍组织见表3。通过合理控制开轧温度,采取LF精炼及喂丝技术、低过热度浇铸、合理控制拉速以及轧制选用合理的孔型系统和道次等措施,使扁钢低倍组织完全符合标准要求。

表3 扁钢低倍组织

脱碳层检验表明,厚度大于8~30mm的扁钢,脱碳层为0.10~0.20mm,平均0.12mm。通过在入炉铸坯表面涂一层浆状物质,同时采用低温快速加热工艺,尽可能缩短加热时间,选用大坯料、大的总延伸系数等措施,使扁钢的脱碳层完全符合国标要求。

上述分析表明,弹簧扁钢的化学成分、力学性能、低倍组织、硬度以及脱碳层等指标均符合GB1222-84标准规定,完全可满足用户深加工的需要。扁钢试验情况见表4。

表4 扁钢试验情况 万次

5 结 论

5.1 经过近两年的试制,目前60CrMnA弹簧扁钢产品质量稳定,可以满足汽车行业制造汽车总成的质量要求,各项指标符合GB1222-84。

5.2 在生产60CrMnA弹簧扁钢的过程中,采用拉碳法冶炼,LF精炼、喂丝,连铸采用保护浇铸、结晶器电磁搅拌,合理控制过热度、拉速,轧制选用合理的孔型系统和道次及轧后冷却等工艺措施,有效地解决了生产过程中出现的质量问题。生产实际证明该工艺是可行的。

5.3 目前60CrMnA弹簧扁钢炼钢合格率为98.6%,成品合格率为97.8%,成材率为93.2%,主要技术经济指标达到较高水平。

参考文献:
[1] 宋维锡.金属学[M].北京:冶金工业出版社.1984.(end)

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