一種無全脫碳的彈簧鋼棒材生產方法與流程
2023-05-13 17:24:42 2
本發明屬於彈簧鋼生產技術領域，特別涉及一種無全脫碳的彈簧鋼棒材生產方法，尤其涉及一種表面無全脫碳的60Si2MnA彈簧鋼棒材生產方法。
背景技術：
彈簧是十分重要的機械零件，在國防、工業、農業、科技以及日常生活中，都得到了廣泛的使用。彈簧在使用過程中承受往復壓縮運動，起著緩衝和減震作用，因此對彈簧鋼的疲勞性能要求特別高。彈簧鋼表面脫碳將嚴重損害彈簧的疲勞性能。文獻表明，疲勞強度隨著表面碳含量的降低而降低(M.J.Gildersleeve，Materials Science and Technology，1991，7(4):307-310)。由於彈簧鋼表面全脫碳層在淬火過程中不能淬成馬氏體，極大降低了表面的硬度，從而大幅降低其疲勞性能。日本標準JIS G4801-2005和JIS G0558-1998對油淬火閥門彈簧鋼絲明確規定鋼絲表面不允許有全脫碳層。
中國專利CN102453794A公開了一種用於防止彈簧鋼在高溫加熱過程中脫碳的塗層材料。塗層在500℃以下鋼坯上直接噴塗，粘陽性能良好，高溫段在鋼坯表面形成緻密的微晶玻璃層，有效阻礙碳氧互擴散，同時塗料中成分可顯著降低鋼中碳原子高溫活性，改善鋼的脫碳敏感性，有效緩解彈簧鋼高溫脫碳問題。但是該方式工序比較複雜，且增加生產成本。中國專利CN102560046A、CN103045935A、CN102962267A以及CN102212673A公布了數種彈簧鋼線材的表面脫碳的控制方法。通過控制加熱爐各段的溫度、時間以及空燃比和斯太爾摩線風冷的冷速來控制彈簧鋼表面的脫碳層深度。目前彈簧鋼棒材全脫碳的控制方法尚未見報導。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種無全脫碳的彈簧鋼棒材生產方法，解決了目前生產的彈簧鋼棒材表面全脫碳層的問題。
全脫碳發生的溫度區間為700℃-900℃，因此在此溫度階段要嚴格控制加熱時間和殘氧值。在加熱過程中，預熱段和加熱一段的加熱溫度處於全脫碳溫度區間。降低氧含量會導致表面碳濃度的提高，使得奧氏體向鐵素體轉變不能進行，從而抑制了全脫碳的產生。因此必須將殘氧值控制在2％以下，從而避免在加熱過程中形成全脫碳。加熱時間過長，表面碳含量低於0.02％(鐵素體中碳的最大溶解度含量)，在900℃時即析出鐵素體，此後析出的鐵素體將沿著先析出的鐵素體表面優先生長，就會形成厚度均勻的全脫碳組織。將均熱段鋼坯在爐隔步排放，避免由於加熱時間超過100min導致表面碳含量低於0.02％。軋後緩慢冷卻，相變區時間長，易於形成全脫碳組織。因此軋後通過調整三段水流量使得上冷床鋼材表面溫度低於730℃，避開全脫碳溫度區間。因此本發明為了實現彈簧鋼棒材表面全脫碳的控制，提出的技術方案是：1、加熱過程中對加熱溫度、時間以及殘氧值的控制。2、軋後利用穿水冷卻，控制上冷床的溫度。
一種無全脫碳的彈簧鋼棒材生產方法，具體步驟及參數如下：
1、連鑄坯料準備
連鑄坯為60Si2MnA的連鑄坯，化學成分質量百分比為：C：0.57％-0.63％，Si：1.65-1.85％，Mn：0.75％-0.90％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，其餘為Fe。連鑄坯的斷面尺寸為160mm×160mm。
2、坯料加熱爐加熱制度
坯料加熱過程保證坯料加熱均勻；預熱段600-800℃，加熱爐一段爐溫850-950℃，二段爐溫950-1000℃，均熱段爐溫1000-1100℃；在爐隔一步排放一根鋼坯，在爐時間0-90min；預熱段和加熱一段的殘氧值控制在0-2％，加熱二段和均熱段的殘氧值控制在3-6％。
3、棒材軋制工藝及冷卻工藝
鋼坯出爐後除鱗水壓力18Mpa-30MPa，精軋機入口溫度控制在830℃-860℃。通過三段水冷，上冷床溫度為700-730℃。
本發明的優點在於：
1、通過本發明所述的工藝，彈簧鋼棒材表面不產生全脫碳層；
2、本發明通過對加熱爐加熱溫度、時間以及爐內殘氧值和上冷床溫度進行控制，成本較低，便於實施，質量穩定。
附圖說明
圖1為對比工藝棒材脫碳金相圖。
圖2為本發明工藝棒材脫碳金相圖。
具體實施方式
實施例1
本實施例60Si2MnA彈簧鋼棒材工藝流程為：鐵水脫硫扒渣→轉爐冶煉→LF精煉→連鑄→加熱→除鱗→軋制→穿水→冷床冷卻→成品檢驗→打捆標誌→稱重入庫→交付。
本實施例為斷面尺寸為160mm×160mm的連鑄坯，軋制直徑為20mm的60Si2MnA彈簧鋼棒材，棒材表面全脫碳的控制方法具體為：
1、加熱爐加熱制度：坯料加熱過程保證坯料加熱均勻；預熱段700℃，加熱爐一段爐溫控制在900℃，二段爐溫控制在1000℃，均熱段爐溫控制在1050℃；鋼坯在爐隔步排放，在爐時間90min；預熱段和加熱一段的殘氧值控制在1％，加熱二段和均熱段的殘氧值控制在4％。
2、軋制工藝及冷卻工藝：鋼坯出爐後除鱗水壓力18Mpa，精軋機入口溫度控制在830℃。通過三段水冷，上冷床溫度為720℃。
對比工藝與以上控制工藝的差別在於，預熱段和加熱一段的殘氧值控制在4％，上冷床溫度為850℃。
附圖為本發明和對比工藝全脫碳金相圖。從圖1中可以看出，對比工藝試樣表面形成了明顯的全脫碳層，即鐵素體層。鐵素體晶粒沿著與試樣表面垂直的方向伸長。全脫碳層深度為40μm，總脫碳層深度為180μm。而從圖2中可以看出，本發明的試樣表面沒有出現全脫碳。總脫碳層深度為80μm。通過本實施例可以看出本發明工藝條件下生產的彈簧鋼棒材，表面無全脫碳，且總脫碳層深較淺。