60si2mn彈簧圓鋼的生產(chǎn)

60si2mn彈簧圓鋼的生產(chǎn)

彈簧作為汽車工業(yè)的重要組成部分。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，彈簧鋼也逐漸發(fā)展為特殊鋼中的重要組成部分。彈簧是在周期性的彎曲、扭轉(zhuǎn)等交變應(yīng)力下工作,經(jīng)受拉、壓、扭、沖擊、疲勞、腐蝕等多種作用,從而對(duì)彈簧鋼的性能要求也就十分嚴(yán)格,不僅要有高的淬透性,保證整個(gè)彈簧截面獲得均勻的顯微組織、良好的力學(xué)性能,而且要求優(yōu)良的表面質(zhì)量,組織均勻細(xì)密等。彈簧鋼一般分為鉻-錳系列和硅錳系列,其代表鋼種分別為55CrMnA和60Si2Mn,60Si2Mn彈簧鋼具有良好的彈性極限、屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度,生產(chǎn)工藝成熟,在我國(guó)彈簧鋼生產(chǎn)中占有60%～70%比例。鄂鋼電爐煉鋼廠自2002年投產(chǎn)以來(lái),便將60Si2Mn作為電爐鋼生產(chǎn)中的一個(gè)重要品種,熱軋為圓鋼或扁鋼,但在生產(chǎn)彈簧圓鋼時(shí),出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的機(jī)械性能不合,主要表現(xiàn)為延伸率及斷面收縮率低,試樣呈脆性斷口,斷口及低倍試樣中發(fā)現(xiàn)有白點(diǎn)缺陷。1試驗(yàn)檢驗(yàn)基本不合格分析從2003年1月至2004年5月,共生產(chǎn)彈簧鋼60Si2Mn約25000余噸,其中一部分軋為Ф16mm～Ф60mm圓鋼時(shí),機(jī)械性能一次檢驗(yàn)基本不合格,典型實(shí)物與南昌鋼廠比較見(jiàn)表1。試樣呈脆性斷口,在斷口處及低倍檢驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)(如圖1、圖2所示):在彈簧圓鋼檢驗(yàn)中,小規(guī)格的延伸率和斷面收縮率一般要高于大規(guī)格。彈簧扁鋼去年老軋二為兩火成材,質(zhì)量基本較為穩(wěn)定,今年新軋二一火成材后,出現(xiàn)了剪口脆斷及在制做板簧時(shí)出現(xiàn)沖孔斷裂。2鋼中氫含量偏高是判定鋼塑性較低的主要原因?yàn)槎ㄐ苑治鲈斐裳由炻屎蛿嗝媸湛s率低的原因,2003年7月份,將兩個(gè)典型拉伸斷口試樣(31-1926Ф35、31-2142Ф50)送湖北省冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站進(jìn)行電子探針?lè)治?分析結(jié)果為:白點(diǎn)位置為斷裂源(如圖3所示),該部位的晶粒比較粗大,呈不典型準(zhǔn)解理但比典型準(zhǔn)解理要平滑,有明顯脆性特征(如圖4所示),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)足以引起不正常斷裂的夾雜物,斷裂擴(kuò)展部位的韌窩細(xì)小。從表1可看出,二次樣檢驗(yàn)中,除有4爐鋼機(jī)械性能勉強(qiáng)合格外,其它4爐延伸率及斷面收縮率均偏低,表現(xiàn)為在做拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣脆斷,斷口位置出現(xiàn)白點(diǎn)。由此,認(rèn)為造成鋼材塑性低的主要原因?yàn)殇撝袣浜扛?去年質(zhì)量部也曾將60Si2Mn圓鋼試樣送武鋼研究所分析,也是確認(rèn)鋼中氫含量偏高。根據(jù)電爐廠冶煉工藝流程,在冶煉彈簧鋼60Si2Mn時(shí),入爐硅鐵、錳鐵及螢石均未經(jīng)過(guò)烘烤,借鑒國(guó)內(nèi)同類型廠家及老一煉鋼生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),合金及渣料未經(jīng)烘烤入爐,勢(shì)必會(huì)使鋼液大量增氫。硅錳彈簧鋼由于含硅量較高,更易吸收氣體,具有白點(diǎn)敏感性,故我廠所冶煉彈簧鋼60Si2Mn含氫量較高,由于我廠當(dāng)前受條件限制,還不能對(duì)鋼中氫含量進(jìn)行定量測(cè)定,但根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)氫含量在6ppm以上時(shí),足以使鋼中形成白點(diǎn)。氫以原子或離子形式溶于鋼中,在溫度下降時(shí),析出形成氫分子,并集聚在枝晶或夾雜物集聚或疏松空隙處,在相變應(yīng)力和熱應(yīng)力聯(lián)合作用下,其析集壓力非常大,在鍛軋時(shí)易產(chǎn)生裂紋(發(fā)紋),該缺陷一般稱之為“白點(diǎn)”。鋼中氫含量高時(shí)會(huì)顯著降低鋼的塑性和沖擊韌性,經(jīng)驗(yàn)顯示,鋼中氫含量達(dá)到6ppm以上時(shí),就足以使鋼的塑性降至最低限。之所以60Si2Mn彈簧扁鋼及小規(guī)格圓鋼與大規(guī)格圓鋼相比,其機(jī)械性能(延伸及收縮)要好些,我們認(rèn)為主要是由于彈扁及小規(guī)格圓鋼在熱加工過(guò)程中,氫更易擴(kuò)散,從而降低了鋼中實(shí)際的氫含量。3工藝改進(jìn)措施根據(jù)以上原因分析,我們生產(chǎn)了一個(gè)澆次4爐60Si2Mn進(jìn)行試驗(yàn),重點(diǎn)對(duì)合金進(jìn)行了烘烤,烘烤情況見(jiàn)表2:從表2可看出,硅鐵和碳的回收率基本與烘烤時(shí)間成反比,且與烘烤情況具有一定關(guān)系。在試驗(yàn)過(guò)程中,電爐水冷件系統(tǒng)未漏水,除螢石外其它入爐材料基本烘烤良好,鑄坯進(jìn)行了堆冷16小時(shí)。此4爐鋼軋制為3個(gè)規(guī)格,其機(jī)械性能一次檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3:從表3可看出,45-3127、3128兩爐延伸率及斷面收縮率合乎標(biāo)準(zhǔn)要求,但除45-3127外,其它3個(gè)爐號(hào)的屈服和抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)要求,我們認(rèn)為主要還是由于在試驗(yàn)過(guò)程中入爐螢石未進(jìn)行烘烤,且鑄坯在冷卻過(guò)程中冷卻速度較快,氫在鋼中不易擴(kuò)散逸出。為防止60Si2Mn圓鋼內(nèi)出現(xiàn)白點(diǎn)及改善其機(jī)械性能,具體工藝改進(jìn)措施:1)出鋼前將硅鐵按規(guī)格中上限計(jì)算、高碳錳鐵和錳碳球按C和Mn規(guī)格下限計(jì)算加入鋼包中進(jìn)行烘烤。2)入精煉爐碳保證在0.41%～0.56%范圍,從而有效減少精煉期增碳過(guò)程中鋼水吸氣。3)穩(wěn)定出鋼量,從而確保入精煉爐成份,保證精煉期少加入合金。4)對(duì)螢石進(jìn)行烘烤,并保證各種散狀料水份≤0.5%。5)精煉爐做好脫氧工作,不加入終脫氧鋁,精煉爐軟吹氬時(shí)間≥7分鐘。6)合理執(zhí)行吊包溫度,保證中包過(guò)熱度在15℃～30℃范圍,盡量做到在20℃左右。7)連鑄拉速控制:2.4～2.5m/min(150方);1.4～1.5m/min(200方)。8)紅坯入緩冷坑進(jìn)行緩冷,保證入坑溫度≥700℃,坯表面溫度≤200℃后出坑。9)下雨天、冶煉爐向爐內(nèi)漏水時(shí)不得冶煉此品種。經(jīng)過(guò)技術(shù)改造和不斷的工藝改進(jìn),鄂鋼60Si2Mn彈簧圓鋼白點(diǎn)攻關(guān)取得了一定效果,2005年7月份所生產(chǎn)小規(guī)格圓鋼未出現(xiàn)白點(diǎn),機(jī)械性能全部合格。8月份生產(chǎn)Ф20～65mm彈圓1884噸,機(jī)械性能合格率也達(dá)到100%,大規(guī)格圓鋼白點(diǎn)占23%,與攻關(guān)前相比有一較大幅度改善。4氫含量高的原因1)造成60Si2Mn彈簧圓鋼機(jī)械性能