CN115229152A - 一种高表面质量55Cr3弹簧钢棒材的生产控制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于弹簧钢生产技术领域，具体涉及一种高表面质量55Cr3弹簧钢棒材的生产控制工艺。本发明在不影响生产效率的前提下，通过优化生产工艺和操作要求，提供了一种满足工业化大生产要求的弹簧钢脱碳、表面缺陷防控方法。经连铸、钢坯修磨和探伤、加热及除鳞轧制、运输和堆储防护后，55Cr3弹簧钢产品全脱碳为0，总脱碳平均不超0.50％d；表面无裂纹、麻面、划伤等宏观缺陷，漏磁一次探伤合格率在99％以上；能够满足汽车稳定杆这一重要部件的使用，具有良好疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明属于弹簧钢生产技术领域，具体涉及一种高表面质量55Cr3弹簧钢棒材的生产控制工艺。
背景技术
汽车横向稳定杆是汽车底盘重要悬挂零件，主要用于减少汽车在高速转向时产生的横向倾斜，改善驾驶平缓性和稳定性。而55Cr3是汽车稳定杆最常用材质，对应国标牌号55CrMn、日标牌号SUP9等。稳定杆对疲劳寿命和使用耐久性有很高要求(通常要求旋弯疲劳寿命≥25～35万次)。而弹簧疲劳寿命对表面状态的敏感性极强。表面脱碳尤其是全脱碳层，以及裂纹、折叠、麻面、划伤等表面缺陷，均会显著降低弹簧件的疲劳寿命。
《JB/T 12794-2016横向稳定杆》规定稳定杆成品总脱碳深度不超公称直径的1.0％，且最大不超0.6mm；表面不允许有裂纹、折叠、氧化皮和锈蚀等影响使用的缺陷。中高端用户往往按照协议指标采购热轧圆钢，相应要求更高，例如通常还有表面无全脱碳层、无划伤、成品漏磁或涡流探伤合格以及包装防护防擦划伤的具体要求。
作为CrMn系列的代表弹簧钢产品，55Cr3从钢坯到圆钢全流程的脱碳控制和表面质量控制及防护是弹簧钢生产的重要课题，围绕连铸、钢坯表面处理和检查、轧制、后道运输堆储都有相应的工艺要求和控制措施。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种高表面质量55Cr3弹簧钢棒材的生产控制工艺。
为了实现以上技术目的，本发明包括以下步骤：连铸、钢坯修磨和探伤、加热及除鳞轧制、运输和堆储防护；具体操作如下：
(1)连铸工艺：将连铸坯拉速设置为0.90～0.95m/min，连铸二冷段三个区的冷却水量分别设置为35～39L/min、41～44L/min、20～22L/min，比水量为0.26～0.29L/kg，整体过热度24～28℃；
(2)钢坯修磨和探伤：基于步骤(1)连铸工艺处理后得到的钢坯进行抛丸和磁粉探伤，若有缺陷进行人工点磨消除；
(3)钢坯加热及除鳞：基于步骤(2)钢坯修磨探伤处理后得到的表面无缺陷钢坯进行控制加热及出炉除鳞轧制；
①炉内控制加热：预热段温度≤780℃、加热一段温度900～1060℃、加热二段温度1100～1150℃、均热段温度1100～1150℃，总加热时间控制在135～300min、且高温段中加热二段及均热段控制在100min以内；
②设置除鳞压力≥14MPa，除鳞后轧制得到目标规格圆钢；
(4)运输和堆储防护：基于步骤(3)钢坯轧制得到的目标规格圆钢进行打包和后道运储防护，运储防护要求打包丝端头不接触圆钢、捆包间和圆钢底部铺设防护麻布、倒运过程使用布带。
本发明所涉及的55Cr3弹簧钢棒材，由下列质量百分比的成分组成：
C：0.52％～0.59％、Si：≤0.40％、Mn：0.70％～1.00％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cr:0.70％～1.00％、Cu+10Sn≤0.60％，余量为Fe及不可避免杂质。
优选的，步骤(1)中，钢坯断面为220mm×220mm，所述比水量为0.27～0.28L/kg。
优选的，步骤(2)中，抛丸使用0.2～2.0mm小钢珠，抛丸频率为10～15Hz，确保表面氧化皮、飞边毛刺等缺陷去除，并保证探伤质量；磁粉探伤时，磁粉液浓度0.1-0.4ml/100ml，保证探伤识别度；点磨处理时，要求宽深比大于6、长深比大于10，以避免轧制产生折叠等缺陷；
优选的，步骤(3)中，所述炉内控制预热段温度750～780℃、加热一段温度990～1010℃、加热二段温度1120～1130℃、均热段温度1120～1130℃，总加热时间为240～280min。
优选的，步骤(3)中，所述除鳞压力为16-19MPa。
将本发明制得到的圆钢进行100％漏磁探伤，探伤深度0.2mm*0.2mm*25mm，漏磁一次探伤合格率在99％以上，表面无裂纹、麻面、划伤等宏观缺陷。
连铸工序整体采用低过热度、弱二冷水量、慢拉速的生产工艺，连铸过热度整体在24～28℃、比水量控制在0.27～0.28L/kg、拉速平均0.95m/min，充分保证了连铸坯表面质量。同时采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌技术以保证连铸坯低倍质量、控制偏析。实测出拉矫温度940～980℃，满足良好塑性区的条件要求，可减少矫直阶段的裂纹产生。经生产验证，55Cr3连铸坯无脱方、菱变，酸洗表面无裂纹，低倍试验片整面均无各类裂纹缺陷。
进一步地，本钢种选择不修磨。对55Cr3钢坯的探伤检验结果表明，该钢种原始连铸坯表面质量良好，表面及振痕下无各类裂纹、渣沟、结疤等缺陷。钢坯取样检测结果表明连铸坯仅存在局部、0.5mm以内、晶间的轻微脱碳，修磨对钢坯脱碳的改善效果有限。结合探伤和低倍情况该钢种选择不修磨。后续全修磨与不修磨的对比试验结果也表明钢坯全修磨会导致角部棱角产生，反而造成圆钢表面质量的轻微下降。
进一步地，为保证钢坯表面无裂纹等缺陷，需进行钢坯抛丸探伤检验。抛丸工序进一步地去除了钢坯表面的修磨毛刺和飞边，避免轧制产生更多显微缺陷；钢坯四面的人工磁粉探伤，确保了钢坯表面无缺陷(人工砂轮机点磨去除修磨后的残留缺陷)。探伤结果表面，采用本发明的钢坯处理方式可确保钢坯无缺陷；全修磨与不修磨的对比试验结果表明，钢坯原始脱碳的去除与否对成品圆钢脱碳影响不大。
进一步地，钢坯需控制在炉温度及时间，出炉后进行除鳞去除表面氧化铁皮。根据热模拟试验结果，55Cr3的全脱碳敏感温度(两相区温度)为750～800℃，因此炉内控制预热段温度750～780℃、加热一段温度990～1010℃、加热二段温度1120～1130℃、均热段温度1120～1130℃，钢坯加热到一段温度(开始进入两相区)后得到迅速升温，从而尽可能避开两相区温度。加热时间主要影响脱碳层深度，加热时间过长则脱碳层深度增加，加热时间过短不利于轧机咬入。本发明加热时间控制在135～300min，根据试验检验结果优选的加热时间目标为240～280min。设置除鳞压力≥14MPa，保证良好除鳞，之后轧制成所需规格圆钢。
进一步地，本发明规定了良好表面质量所需的后道防护措施。运储防护要求打包丝端头不接触圆钢、捆包间和圆钢底部铺设防护麻布等、倒运过程使用布带等，从接触环节到转运、堆储环节全面梳理，保证圆钢不产生静挤压伤和动擦划伤。
本发明的优点和技术效果是：
1、55Cr3弹簧钢产品全脱碳为0，总脱碳平均不超0.50％d；表面无裂纹、麻面、划伤等宏观缺陷，漏磁一次探伤合格率在99％以上；能够满足汽车稳定杆这一重要部件的使用，具有良好疲劳寿命。
2、本发明提供了一种满足工业化大生产要求的弹簧钢脱碳、表面缺陷防控方法；在不影响生产效率的前提下，通过优化生产工艺和操作要求即可使产品达到目标要求。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1：
具体的化学成分重量百分比为C：0.56％、Si：0.32％、Mn：0.82％、P：0.0114％、S：0.0035％、Cr：0.86％、Al：0.0149％、Ni：0.02％、Cu+10Sn：0.036％，其余为铁和不可避免的杂质。
该弹簧钢产品的表面质量控制流程，包括钢的连铸、抛丸探伤、铸坯加热除鳞、轧制后的打包和表面防护、表面漏磁探伤的步骤，其中：
(1)连铸工艺：铸坯拉速设置为0.95m/min。二冷段三个区的冷却水量分别设置为38L/min、43L/min、21L/min，比水量为0.29L/kg；
(2)抛丸探伤：对钢坯进行抛丸和磁粉探伤。磁粉探伤结果表明钢坯无任何缺陷，表面质量良好；
抛丸使用0.2mm小钢珠，抛丸频率为10Hz；磁粉探伤时，磁粉液浓度0.1ml/100ml；点磨处理时，要求宽深比大于6、长深比大于10。
(3)钢坯加热及除鳞轧制：炉内控制预热段温度780℃、加热一段温度1006℃、加热二段温度1136℃、均热段温度1128℃，总加热时间为290min；设置除鳞压力18.3MPa，除鳞效果良好；除鳞后轧制为Φ22.5mm规格；
(4)运储防护：打包丝端头人工处理使之不接触圆钢、捆包间和圆钢底部铺设防护麻布等、倒运过程使用布带。
(5)按照探伤深度0.2mm*0.2mm*25mm，进行全部圆钢的漏磁探伤。
对本实施例弹簧钢产品的性能进行检测，结果为：无全脱碳、总脱碳深度0.10～0.11mm(折合为0.47％d)；金相检测裂纹、折叠、划伤等各类缺陷深度均为0；漏磁探伤一次合格率100％。
实施例2：
具体的化学成分重量百分比为C：0.58％、Si：0.30％、Mn：0.87％、P：0.0130％、S：0.0037％、Cr：0.85％、Al：0.0155％、Ni：0.02％、Cu+10Sn：0.038％，其余为铁和不可避免的杂质。
该弹簧钢产品的表面质量控制流程，包括钢的连铸、抛丸探伤、铸坯加热除鳞、轧制后的打包和表面防护、表面漏磁探伤的步骤，其中：
(1)连铸工艺：铸坯拉速设置为0.90m/min。二冷段三个区的冷却水量分别设置为36L/min、40L/min、20L/min，比水量为0.29L/kg；
(2)抛丸探伤：对钢坯进行抛丸和磁粉探伤。磁粉探伤结果表明钢坯无任何缺陷，表面质量良好；
抛丸使用2.0mm小钢珠，抛丸频率为15Hz；磁粉探伤时，磁粉液浓度0.4ml/100ml；点磨处理时，要求宽深比大于6、长深比大于10。
(3)钢坯加热及除鳞轧制：炉内控制预热段温度780℃、加热一段温度1004℃、加热二段温度1127℃、均热段温度1122℃，总加热时间为291min；设置除鳞压力18.3MPa，除鳞效果良好；除鳞后轧制为Φ22.5mm规格；
(4)运储防护：打包丝端头人工处理使之不接触圆钢、捆包间和圆钢底部铺设防护麻布等、倒运过程使用布带。
(5)按照探伤深度0.2mm*0.2mm*25mm，进行全部圆钢的漏磁探伤。
对本实施例弹簧钢产品的性能进行检测，结果为：无全脱碳、总脱碳深度0.10～0.11mm(折合为0.50％d)；金相检测裂纹、折叠、划伤等各类缺陷深度均为0；漏磁探伤一次合格率99.52％。
对比例1：
具体的化学成分重量百分比为C：0.56％、Si：0.32％、Mn：0.82％、P：0.0114％、S：0.0035％、Cr：0.86％、Al：0.0149％、Ni：0.02％、Cu：0.02％，其余为铁和不可避免的杂质。
该弹簧钢产品的表面质量控制流程，包括钢的连铸、钢坯全修磨、抛丸探伤、铸坯加热除鳞、轧制后的打包和表面防护、表面漏磁探伤的步骤，其中：
(1)连铸工艺：铸坯拉速设置为0.90m/min。二冷段三个区的冷却水量分别设置为36L/min、40L/min、20L/min，比水量为0.29L/kg；
(2)全修磨、抛丸探伤：对钢坯进行全修磨，修磨深度边部0.8～1.2mm、角部最深4mm(斜角方向)。局部、晶界处的脱碳全部修磨干净，但同时产生一定程度的角部棱边。之后对钢坯进行抛丸和磁粉探伤。磁粉探伤结果表明钢坯无任何缺陷缺陷，表面质量良好；
(3)钢坯加热及除鳞轧制：炉内控制预热段温度765℃、加热一段温度996℃、加热二段温度1135℃、均热段温度1131℃，总加热时间为287min；设置除鳞压力18.3MPa，除鳞效果良好；除鳞后轧制为Φ22.5mm规格；
(4)运储防护：打包丝端头人工处理使之不接触圆钢、捆包间和圆钢底部铺设防护麻布等、倒运过程使用布带。
(5)按照探伤深度0.2mm*0.2mm*25mm，进行全部圆钢的漏磁探伤。
对本对比例弹簧钢产品的性能进行检测，结果为：无全脱碳、总脱碳深度0.10～0.12mm(折合为0.50％d)；金相检测裂纹、折叠、划伤等各类缺陷深度均为0；漏磁探伤一次合格率99.47％。该对比例结果表明，采用本发明的连铸工艺+钢坯探伤技术手段，已可完全保证钢坯无裂纹，采用全修磨反而导致连铸圆角变尖，一定程度降低了圆钢一次漏磁探伤合格率。同时钢坯仅存在少量、轻微且晶界处的局部脱碳，钢坯全修磨对其改善效果也有效。钢坯修磨一道成本120～150元/吨，反而降低了产品的市场竞争力。
性能指标：
表1产品表面质量检验结果
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种高表面质量55Cr3弹簧钢棒材的生产控制工艺，其特征在于，包括连铸、钢坯修磨和探伤、加热及除鳞轧制、运输和堆储防护步骤；具体如下：
(1)连铸工艺：
设置一定的连铸坯拉速，连铸二冷段三个区的冷却水量分别设置为35～39L/min、41～44L/min、20～22L/min，比水量为0.26～0.29L/kg，整体过热度24～28℃；
(2)钢坯修磨和探伤：
基于步骤(1)连铸工艺处理后得到的钢坯进行抛丸和磁粉探伤，若有缺陷进行人工点磨消除；
(3)钢坯加热及除鳞：
基于步骤(2)钢坯修磨探伤处理后得到的表面无缺陷钢坯进行控制加热及出炉除鳞轧制；
①炉内控制加热：预热段温度≤780℃、加热一段温度900～1060℃、加热二段温度1100～1150℃、均热段温度1100～1150℃，总加热时间控制在135～300min、且高温段中加热二段及均热段控制在100min以内；
②设置除鳞压力≥14MPa，除鳞后轧制得到目标规格圆钢；
(4)运输和堆储防护：
基于步骤(3)钢坯轧制得到的目标规格圆钢进行打包和后道运储防护，运储防护要求打包丝端头不接触圆钢、捆包间和圆钢底部铺设防护麻布、倒运过程使用布带。
2.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，所述55Cr3弹簧钢棒材，由下列质量百分比的成分组成：C：0.52％～0.59％、Si：≤0.40％、Mn：0.70％～1.00％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cr:0.70％～1.00％、Cu+10Sn≤0.60％，余量为Fe及不可避免杂质。
3.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，步骤(1)中，钢坯断面为220mm×220mm，连铸坯拉速设置为0.90～0.95m/min，所述比水量为0.27～0.28L/kg。
4.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，步骤(2)中，抛丸使用0.2～2.0mm小钢珠，抛丸频率为10～15Hz。
5.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，步骤(2)中，磁粉探伤时，磁粉液浓度0.1-0.4ml/100ml。
6.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，步骤(2)中，点磨处理时，要求宽深比大于6、长深比大于10。
7.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述炉内控制预热段温度750～780℃、加热一段温度990～1010℃、加热二段温度1120～1130℃、均热段温度1120～1130℃，总加热时间为240～280min。
8.如权利要求1所述的生产控制工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述除鳞压力为16-19MPa。
9.一种高表面质量55Cr3弹簧钢棒材，其特征在于，是通过权利要求1～8任一项所述生产控制工艺得到的，经100％漏磁探伤，探伤深度0.2mm*0.2mm*25mm，漏磁一次探伤合格率在99％以上，表面无裂纹、麻面、划伤宏观缺陷。
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