專利名稱：一種疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合金鋼及其制造工藝領域，涉及一種疲勞性能優(yōu)良且具有優(yōu)異直接冷拉拔性能的硅鉻彈簧鋼線材的制造方法。
背景技術：
近年來，隨著中國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，市場對彈簧鋼的需求量越來越大，據(jù)統(tǒng)計預測，2010年國內對彈簧鋼供求量將在150萬噸以上。汽車發(fā)動機的重要零部件氣門簧、 減震系統(tǒng)懸架彈簧和離合器彈簧等都需在作為原料的熱軋彈簧鋼線材上直接進行冷拉拔加工，因此，具有超塑性、高強度、優(yōu)異冷拉拔性能的熱軋線材對提高拉絲速率、減少拉絲道次、降低能耗、提高生產(chǎn)效率具有顯著作用。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)彈簧鋼熱軋線材時，由于軋制和冷卻工藝都不加控制，導致軋后線材抗拉強度低于900MPa，斷面收縮率僅有10%-20%，顯微組織一般為粗大珠光體和大塊鐵素體。上述熱軋彈簧鋼線材塑性極差，一般不能直接進行冷拉拔加工，必須經(jīng)過退火才能達到冷加工所需性能要求，因此，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的彈簧鋼線材冷拉拔時工藝成本高，效率低， 環(huán)境污染嚴重。現(xiàn)階段，由于高速軋機線材生產(chǎn)線設備水平的不斷提高，幾乎所有的熱軋彈簧鋼線材生產(chǎn)都采用控制軋制和控制冷卻工藝，這不僅可以提高線材產(chǎn)品的質量，還可以降低能耗和污染，極大的提高了生產(chǎn)效率。大量的研究報道，控制鋼中總氧含量及非金屬夾雜物的類型和數(shù)量、抑制過冷的貝氏體和馬氏體組織的形成、降低自由鐵素體的相對含量及珠光體球團尺寸和平均片層間距的良好匹配等都可以提高熱軋彈簧鋼線材的直接冷拉拔性能。中國專利ZL200410085340. 3報道了彈簧鋼55CrSi的制備方法，采用電爐冶煉、LF精煉、VD脫氣、連鑄、高線軋制的一火成才工藝制備，對于高線控冷沒有特殊的要求。中國專利 200810174566. 0采用精煉過程加入Li化合物的方法，改善夾雜物的塑性行為，從而改善彈簧鋼的疲勞性能。余國松等采用IOOt超高功率直流電弧爐-IOOt LF精煉爐-IOOt VD脫氣爐-六機六流R9米小方坯合金鋼連鑄機.150 mmX150 mm連鑄坯修磨-軋制彡中20 mm 盤條-火成材工藝，成功開發(fā)了轎車懸架彈簧用^CrSiA (特殊鋼，2010，31 (3))。王曉峰、 陳偉慶等報道了 55SiCr彈簧鋼的CCT曲線(冷卻速率對彈簧鋼55SiCr的相變組織和顯微硬度的影響，上海金屬，2010，No. 6，13 15)，認為控冷過程的冷卻速率可以控制3 5° C/ s。肖金福、劉雅政等對55SiCr脫碳行為進行了研究(肖金福，劉雅政，張朝磊，姜超，金屬熱處理，2010，No. 12，94 97)，發(fā)現(xiàn)升溫過程中750 850° C脫碳嚴重，但未給出具體的控制措施。曹安然等人的研究結果與肖金福劉雅政等的研究結果一致(曹安然、李玉芳、王劍、韓茂棟，彈簧鋼^SiCr氧化與脫碳特性研究，金屬熱處理，2010，No.9，5廣55)。總的來講，彈簧鋼55SiCr的冶煉與軋制技術已經(jīng)進行了一定的研究，但在疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼55SiCr線材的生產(chǎn)制備仍然存在一定差距
發(fā)明內容
針對目前55SiCr彈簧鋼線材存在的問題，本發(fā)明目的是提供一種疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法，該方法得到的彈簧鋼線材在高塑韌性、高強度、疲勞性能優(yōu)良的同時具有優(yōu)異冷拉拔性能。本發(fā)明目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的
一種疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法，其特征在于該方法采用兩火成材和三段式控冷工藝得到彈簧鋼線材，具體要求如下
1)采用EAF電弧爐、LF精煉爐、VD處理，得到大方連鑄還，其中連鑄坯以重量百分比計， 含有 C :0. 51-0. 59% ；Si 1. 20-1. 60% ；Mn :0. 50-0. 80% ；Cr :0. 50-0. 80% ；P :0. 025% 以下且大于0% ；S 0. 025%以下且大于0% ；0 0. 0012%以下且大于0% ；Als :0. 01%以下且大于0%， 所述Als為酸溶鋁，余量由鐵及不可避免的雜質；
2)將得到的大方連鑄坯經(jīng)過熱送、加熱、950軋機開坯，得到開坯料；將開坯料經(jīng)過再加熱、控軋、吐絲，得到線材；其中，開坯料再加熱前可經(jīng)過拋丸、磁粉探傷、坯料修磨處理；
3)將得到的線材采用三段式控冷工藝
(1)線材從吐絲至進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以4-6°C/s的平均冷速快卻，進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度范圍為690-710°C ；
(2)線材從進入連續(xù)退火生產(chǎn)線至離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以0.3-1. O0C /s的平均冷速緩冷，離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度范圍為610-590°C ；
(3)線材離開連續(xù)退火生產(chǎn)線后利用空氣作為冷卻介質自然冷卻至室溫，得到彈簧鋼線材成品。該彈簧鋼線材成品具有超塑性、高強度、優(yōu)異直接冷拉拔性能。本發(fā)明的工藝流程為EAF電弧爐一LF精煉爐一VD處理一大方坯連鑄一熱送一加熱一950軋機開坯一拋丸一磁粉探傷一坯料修磨一加熱一控軋一摩根減定徑軋制一吐絲一控冷(三段式)一檢驗一集卷一剪頭尾一打包一計量一掛牌一卸卷一包裝入庫。本發(fā)明中采用兩火成材能保證足夠的壓縮比。線材的熱軋工序采用控軋控冷工藝，根據(jù)熱軋線材尺寸不同控制連續(xù)退火生產(chǎn)線運輸機的輥道速度在0. 15-0. 45m/s ；線材從吐絲至進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以4-6°C /s的平均冷速快卻，優(yōu)選的進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度范圍為690-710°C ；線材從進入連續(xù)退火生產(chǎn)線至離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以 0. 3-1. O0C /s的平均冷速緩冷，優(yōu)選的離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度范圍為610-590°C ；線材離開連續(xù)退火生產(chǎn)線后利用空氣作為冷卻介質自然冷卻至室溫。具體說明如下
兩火成材工藝的主要目的是利用大的壓縮比促進晶粒細化和夾雜物變形，反復的熱變形與再結晶過程可以細化奧氏體晶粒。細化晶粒的目的是減小由于連鑄坯加熱過程造成的原始奧氏體晶粒粗化，從而為終軋后奧氏體相變時得到細片層狀珠光體和少量鐵素體組織奠定基礎。控制冷卻執(zhí)行三階段冷卻制度，即吐絲后至珠光體相變開始前以適當冷速快冷， 目的是避免熱軋線材表面進一步脫碳，同時抑制鐵素體大量生成，增加相變過冷度，為珠光體相變做準備；珠光體轉變區(qū)選擇合適的緩冷速度，保證在連續(xù)退火生產(chǎn)線上實現(xiàn)索氏體轉變；第三階段是線材離開連續(xù)退火生產(chǎn)線后，利用空氣作為冷卻介質的自然冷卻階段。本發(fā)明采用兩火成材、控軋控冷工藝生產(chǎn)，熱軋線材晶粒充分細化，軋后控制冷卻獲得大量細片層狀、均勻分布的索氏體和極少量自由鐵素體組織，熱軋線材抗拉強度(Rm)1000MPa-1150MPa、斷面收縮率(Z)50% - 58%。塑韌性充分提高，熱軋線材可不經(jīng)過退火直接冷拉拔，顯著的提高了生產(chǎn)效率，同時延長了拉拔模具的使用壽命。而兩火成材工藝通過大的壓縮比細化組織、促進夾雜物變形，從而改善彈簧鋼的疲勞性能。本發(fā)明采用兩火成材和控制冷卻工藝，可以有效的控制熱軋彈簧鋼線材的夾雜物寬度、顯微組織和表層脫碳，制造出具有高塑韌性、疲勞性能優(yōu)異的直接冷拉拔性能的彈簧鋼線材，線材的抗拉強度大多在IOOOMPa以上，斷面收縮率均在50%以上，微觀組織為少量的自由鐵素體和85%以上的索氏體組織。本發(fā)明得到的彈簧鋼線材在高塑韌性、高強度、疲勞性能優(yōu)良的同時具有優(yōu)異冷拉拔性能；熱軋線材不經(jīng)過退火可直接冷拉拔，減少了中間退火過程，投資小、能耗低，經(jīng)濟效益顯著提高。本發(fā)明得到的彈簧鋼線材特別適用于制造汽車減震系統(tǒng)懸架彈簧、發(fā)動機氣門彈簧和離合器彈簧等。


圖1為實施例1表面脫碳層金相照片(X 100)圖。圖2為實施例1金相組織照片(X 500)圖。圖3為實施例1微觀組織低倍SEM形貌(X 5000 )圖。圖4為實施例1微觀組織高倍SEM形貌(X 20000)圖。
具體實施例方式一種疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法，按照本發(fā)明中涉及的化學成分和控制軋制和控制冷卻工藝生產(chǎn)了兩種不同尺寸規(guī)格的硅鉻彈簧鋼線材。具體要求如下
實施例1
φ5. 5mm規(guī)格熱軋彈簧鋼線材，其化學成分，以重量百分比計，含有C :0. 54% ；Si 1. 46% ；Mn 0. 69% ；Cr :0. 69% ；P :0. 007% ；S :0. 008% ；0 :0. 001% ；Als :0. 005% ；余量由鐵及不可避免的雜質組成。其冶煉與軋制工藝
轉爐/電爐冶煉出鋼溫度彡1600°C, P彡0. 015%, C彡0. 15%，出鋼加入硅錳和硅鐵脫氧；LF精煉加入硅錳、硅鐵、高碳鉻鐵進行合金化；VD真空處理在高真空0.5乇下保持15分鐘以上；初軋開軋溫度1008°C，預精軋溫度950°C，精軋溫度900°C，吐絲溫度837°C ；進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度701°C，快冷段平均冷速5. 2V /s，離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度605°C，緩冷段平均冷速0. 42 0C /s。檢驗結果
抗拉強度(Rm) 1020-1110MPa，斷后延伸率(A) 14%_17%，斷面收縮率(Z) 56. 7%。拉拔試驗
熱軋線材經(jīng)過酸洗，黃化，干燥后直接在拉絲機上拉絲，拉拔過程為 Φ5. 5 — Φ4· 7 — Φ4· 3 — Φ3. 8 — Φ3· 4 (mm)
直接冷拉拔五道次，每道次減面率20%左右，總減面率62%，拉拔過程無斷線。
5
疲勞試驗
在旋轉彎曲疲勞試驗機上進行，疲勞壽命可達100萬次。圖1為實施例1表面脫碳層金相照片(X100)圖。圖2為實施例1金相組織照片(X 500)圖。圖3為實施例1微觀組織低倍SEM形貌(X 5000)圖。圖4為實施例1微觀組織高倍SEM形貌(X 20000)圖。實施例2
Φ 13. Omm規(guī)格熱軋彈簧鋼線材，其化學成分，以重量百分比計，含有C :0. 55% ；Si 1. 44% ；Mn 0. 70% ；Cr :0. 68% ；P :0. 009% ；S :0. 007% ；0 :0. 001% ；Als :0. 006% ；余量由鐵及不可避免的雜質組成。其冶煉與軋制工藝
轉爐/電爐冶煉出鋼溫度彡1600°C, P彡0. 015%, C彡0. 15%，出鋼加入硅錳和硅鐵脫氧；LF精煉加入硅錳、硅鐵、高碳鉻鐵進行合金化；VD真空處理在高真空0.5乇下保持15分鐘以上；初軋開軋溫度1018°C，預精軋溫度955°C，精軋溫度910°C，吐絲溫度846°C;進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度710°C，快冷段平均冷速4. 5°C/s,離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度592°C，緩冷段平均冷速0. 68 0C /s。拉伸檢驗
抗拉強度(Rm) 1036-1150MPa,斷后延伸率14%_16%，斷面收縮率46_50%。拉拔試驗
熱軋線材經(jīng)過酸洗，黃化，干燥后直接在拉絲機上拉絲，拉拔過程為 Φ13. 0 — Φ11. 5 — Φ10. 3 — Φ9. 3 — Φ8. 5 (mm)
直接冷拉拔四道次，每道次減面率16%左右，總減面率57%，拉拔過程無斷線。疲勞試驗
在旋轉彎曲疲勞試驗機上進行，疲勞壽命可達105萬次。
權利要求
1.一種疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法，其特征在于該方法采用兩火成材和三段式控冷工藝得到彈簧鋼線材，具體要求如下1)采用EAF電弧爐、LF精煉爐、VD處理，得到大方連鑄還，其中連鑄坯以重量百分比計， 含有 C :0. 51-0. 59% ；Si 1. 20-1. 60% ；Mn :0. 50-0. 80% ；Cr :0. 50-0. 80% ；P :0. 025% 以下且大于0% ；S 0. 025%以下且大于0% ；0 0. 0012%以下且大于0% ；Als :0. 01%以下且大于0%， 余量由鐵及不可避免的雜質；2)將得到的大方連鑄坯經(jīng)過熱送、加熱、950軋機開坯，得到開坯料；將開坯料經(jīng)過再加熱、控軋、吐絲，得到線材；3)將得到的線材采用三段式控冷工藝(1)線材從吐絲至進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以4-6°C/s的平均冷速快卻，進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度范圍為690-710°C ；(2)線材從進入連續(xù)退火生產(chǎn)線至離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以0.3-1. O0C /s的平均冷速緩冷，離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度范圍為610-590°C ；(3)線材離開連續(xù)退火生產(chǎn)線后利用空氣作為冷卻介質自然冷卻至室溫，得到彈簧鋼線材成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法，其特征在于步驟2)中，開坯料再加熱前經(jīng)過拋丸、磁粉探傷、坯料修磨處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種疲勞性能優(yōu)良的直接冷拉拔彈簧鋼線材的制造方法，該方法采用兩火成材和三段式控冷工藝得到彈簧鋼線材，采用EAF電弧爐、LF精煉爐、VD處理，得到大方連鑄坯，經(jīng)過熱送、加熱、950軋機開坯，再加熱、控軋、吐絲，采用三段式控冷工藝線材從吐絲至進入連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以4-6℃/s的平均冷速快卻、線材從進入連續(xù)退火生產(chǎn)線至離開連續(xù)退火生產(chǎn)線溫度段以0.3-1.0℃/s的平均冷速緩冷、線材離開連續(xù)退火生產(chǎn)線后利用空氣作為冷卻介質自然冷卻至室溫，得到彈簧鋼線材成品。彈簧鋼線材在高塑韌性、高強度、疲勞性能優(yōu)良的同時具有優(yōu)異冷拉拔性能。
文檔編號C21D9/52GK102416411SQ201110353670
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者劉虎, 孔祥華, 孫彥輝, 李文浩, 沈樸恒, 王德炯 申請人:南京鋼鐵股份有限公司