CN115537671B - 一种气门弹簧钢的制备方法 - Google Patents

一种气门弹簧钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气门弹簧钢的制备方法，气门弹簧钢通过初炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸、电渣重熔、锻造和线材轧制制备而成。本发明的气门弹簧钢的制备方法，能够稳定控制钢中夹杂物，可以使气门弹簧钢夹杂物宽度全面小于6μm，95％比例夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，且不能包含脆性的铝质夹杂，盘条表面质量优良，满足高端乘用车气门弹簧钢要求，将气门弹簧钢因夹杂物失效风险降至零。

Description

一种气门弹簧钢的制备方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，尤其涉及一种气门弹簧钢的制备方法。
背景技术
气门弹簧钢为发动机气门弹簧用钢，气门弹簧位于发动机气缸盖与气门杆尾端弹簧座之间；其功能是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离；由于气门弹簧是发动机的核心安全件之一，对其用钢有着严格的要求，尤其是乘用车用气门弹簧，要求气门弹簧钢的表面质量不能有任何问题，相关弹簧的疲劳寿命要稳定超过2000万次，由此要求钢有超高的纯净度，对炼钢提出了严格要求，钢的内夹杂物全面小于等于10μm，且夹杂物塑性良好，不能有脆性和不变形夹杂。
为了能更好地冶炼气门弹簧钢，公开号KR20000041267(A)提出气门弹簧钢夹杂物控制相关的成分为S小于0.025wt％和Al小于0.010wt％，并形成小于10μm的非复合夹杂物，夹杂物在钢坯的比例小于0.05％，然而该技术对于如何实现夹杂物的控制并未提及。公开号JPS62170460(A)提出对钢进行处理，以获得极低的氧含量，从而将氧含量降低到≤15ppm，进一步对钢进行处理，以获得所需的极低Ti和N含量，从而将Ti含量限制为≤50ppm，将N含量限制为≤60ppm，然后通过添加钙来控制钢中夹杂物的形式，从而使钢变得非常干净，改善了疲劳特性，本方法提出严格控制钢种氧、钛和氮含量并利用钙处理来控制夹杂物，然而此专利并未提及如何控制夹杂物尺寸，大颗粒的硅酸盐夹杂尽管塑性好，但对气门弹簧钢也是有危害的。
目前，实际生产气门弹簧钢尤其是乘用车气门弹簧钢的企业主要在日本，是通过常规的电炉(或转炉)-钢包炉精炼-真空精炼(可选)-方坯连铸-初轧(可选)-精轧制成盘条生产，炼钢端控制夹杂物依赖靠控制原料、耐材品质来确保有害夹杂不进入钢水，这也带来了炼钢端组织生产难度大，冶炼成本偏高，所生产的气门弹簧钢盘条尽管达到相关夹杂物控制要求，但仍存在大颗粒夹杂遗留在钢中风险；发动机制造时为了规避此风险，使用双气门弹簧安装在发动机上，一旦某一个气门弹簧失效，另一个气门弹簧可以继续工作。
鉴于上述情况，业界亟待研发一种新的气门弹簧钢的制备方法，能够稳定控制钢中夹杂物，并能确保气门弹簧钢盘条表面质量，将气门弹簧钢因夹杂物失效的风险降至零。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种气门弹簧钢的制备方法，能够稳定控制钢中夹杂物，并能确保气门弹簧钢盘条表面质量，将气门弹簧钢因夹杂物失效的风险降至零。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种气门弹簧的制备方法，
一种气门弹簧钢的制备方法，其特征在于，通过初炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸、电渣重熔、锻造和线材轧制得到气门弹簧钢。
优选地，具体包括以下步骤：
(1)初炼，采用电炉/转炉初炼得到钢水，出钢过程中向所述钢水中加入高纯硅铁、低碳低铝铬铁和电解锰进行初始合金化处理；
(2)LF炉精炼，向钢包中加入石灰、合成渣进行造渣，然后加入合金和炭粉调整钢水成分至目标范围，禁止添加铝脱氧，最终渣系的碱度为0.8～1.2；
(3)VD炉精炼，控制真空压力为100～1000Pa，真空处理时间为10～20min；
(4)连铸，将钢水直接浇注成连铸方坯；
(5)电渣重熔，对所述连铸方坯表面清理并制成电极棒，以所述电极棒作为原料进行电渣重熔得到电渣锭，电渣保护渣包括按质量百分比计的如下成分：CaF2：45～55wt％，CaO：10～15wt％，Al2O3：5～15wt％，SiO2：20～25wt％，Na2O：1～5wt％；
(6)锻造，将所述电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯；
(7)线材轧制，将所述锻造方坯轧制得到气门弹簧钢盘条，所述气门弹簧钢包含按质量百分比计的如下组分：C：0.5～0.6％、Mn：0.6～0.8％、Si：1.45～1.55％、Ti<0.001％、Al<0.0015％、N<0.006％，Cr:0.6～0.8％、S:0.002～0.01％，余量为铁和不可避免地杂质。
优选地，所述步骤(1)中：
所述高纯硅铁包括按质量百分比计的如下成分：Si：70～80％、Al<0.02％、Ti<0.05％，余量为铁和不可避免地杂质；所述高纯硅铁的加入量为20～25kg/t钢；和/或
所述低碳低铝铬铁包括按质量百分比计的如下成分：Cr：50～70％、Al<0.05％、Ti<0.05％，余量为铁和不可避免地杂质；所述低碳低铝铬铁的加入量为11～13kg/t钢；和/或
所述低碳低铝铬铁的加入量为11～13kg/t钢；所述电解锰的加入量为6～8kg/t钢；和/或
所述出钢过程，根据转炉或电炉出钢的碳含量与所述气门弹簧钢的目标碳含量添加炭粉。
优选地，所述步骤(2)中：
所述合成渣的成分为：CaO：35～45wt％，SiO2：40～50wt％，Al2O3：0～3wt％,MgO：3～5wt％；和/或
所述造渣过程中，渣量控制在15～25kg/t钢；和/或
最终炉渣中，Al2O3含量<5wt％。
优选地，所述步骤(3)中，所述VD炉精炼结束后，钢水成分达到如下要求：C：0.5～0.6％、Mn：0.7～0.8％、Si：1.5～1.55％、Ti<0.001％、Al<0.0015％、N<0.0055％、Cr:0.6～0.8％、S:0.002～0.01％、H<2ppm。
优选地，所述步骤(4)中，所述连铸方坯的断面尺寸为(300～340mm)×(400～430mm)。
优选地，所述步骤(5)中：
采用全氩气密封保护；和/或
所述电渣锭直径为0.6～0.65m。
优选地，所述步骤(6)中，所述锻造方坯的断面为正方形，断面边长为0.14～0.16m；所述锻造方坯的长度＞10m。
优选地，所述步骤(7)中，所述气门弹簧钢盘条的直径为5～8mm。
本发明的工艺路径是在传统的电炉或转炉→精炼→连铸工艺路径基础上，新增加了电渣熔炼，通过电渣熔炼可以进一步去除钢中大颗粒夹杂，并通过后续所提及的电渣保护渣来控制夹杂物塑性；同时对于传统电渣路径来说，一般是利用模铸原锭作为电极棒，本发明直接利用连铸的方坯作为电极棒，由于模铸成本远高于连铸，这样利用连铸的方坯作为电极棒可以大大节约生产成本；这种全新的工艺路径在连铸得到连铸方坯后，可选择性的挑选一定量的连铸方坯进行气门弹簧钢熔炼，其余连铸所得的连铸方坯仍可以直接轧制生产符合要求的弹簧钢如悬架弹簧钢。
本发明所初炼过程中，要求铝含量越低越好，以实现不生成或少生成脆性的氧化铝夹杂或镁铝尖晶石夹杂，但炼钢过程使用的合金料一般会含有金属铝，所以本发明在电炉或转炉出钢过程尽可能多地加入高纯硅铁、低碳低铝铬铁等含少量铝的合金，利用出钢过程钢水氧还处于较高含量的条件尽量避免脆性氧化铝的生成，高纯硅铁和低碳低铝铬铁加入量均按照钢种最终成分要求的上限配置，具体为20～25kg/t，低碳低铝铬铁加入量11～13kg/t，电解锰加入量6～8kg/t。上述采用的高纯硅铁、低碳低铝铬铁等，控制出钢所加入合金的铝、钛含量主要是为了控制最终钢水中铝含量和钛含量处于较低范围；
本发明LF炉精炼过程中，加入合成渣冶炼是为了方便造渣，如果仅仅加石灰造渣会造成石灰熔化困难，合成渣的成分设定一方面要确保其熔化方便，另外也为最终渣系成分而设定；合成渣内含少量MgO是为了防止合成渣严重侵蚀LF炉的MgO-C炉衬耐材；将渣量控制在15～25kg/t钢，这是相对较低的渣量，目的是满足在后续的VD真空精炼处理中，炉渣渣面易被破开，从而VD炉真空压力降低到目标范围相对容易，渣量若控制低于15kg/t钢，会造成渣量过低无法保护LF炉精炼的电弧，而若高于25kg/t钢，则渣量过大无法确保后续VD炉真空精炼处理压力顺利降低；本发明中禁止加铝脱氧是因为气门弹簧钢不能有氧化铝夹杂；最终渣系碱度0.8～1.2，最终炉渣Al2O3含量<5％是为了确保炉渣的流动性以及一旦炉渣卷入钢水形成的夹杂有良好塑性。
本发明的VD炉真空精炼，主要是脱去钢水中的N和H，但如果真空压力控制过低(即真空度过高)，会引发VD炉内真空耐材熔损脱落，所以最终为了确保脱氮和脱氢，还要防止耐材熔损脱落，最终选定真空压力控制100～1000Pa，真空处理时间10～20min。VD炉真空精炼处理结束后，钢水成分基本就确定了，为了防止后续的电渣重熔过程中硅含量有所衰减，所以在真空处理结束后其硅含量控制的下限要比最终盘条成分的硅含量下限略高，为了防止电渣重熔过程极其少量增氮，氮含量在VD结束后控制的上限要比最终盘条氮含量的上限要低。VD炉真空精炼结束后可以定H，对于气门弹簧钢，由于其规格较细，则H含量要求并未有粗规格盘条要求那么严格，H<2ppm可以满足盘条内无氢致裂纹要求。
本发明的连铸过程，控制连铸方坯断面尺寸为(300～340mm)×(400～430mm)；连铸方坯断面尺寸的设定一方面满足正常大生产对断面尺寸要求，又能满足连铸方坯作为电极棒去电渣重熔的尺寸要求。
本发明的电渣重熔，通过电渣炉再次对方坯电极棒进行重熔处理是本方法的关键工序之一，尽管前述从电炉(或转炉)-LF炉-VD炉-连铸的冶炼过程对钢水铝含量以及夹杂物形态进行了严格控制，但由于这过程存在耐材被侵蚀脱落风险或冶炼过程炉渣被卷入的风险，钢中大于10μm夹杂物并不能完全杜绝，最终气门弹簧钢的盘条也就无法杜绝夹杂物超标最终使用失效风险；在电渣重熔冶炼过程中，由于电渣炉内钢水与熔融保护渣的上浮速度极其缓慢，速度在0.07mm/s左右，根据对夹杂物上浮速度计算，大于12μm夹杂有能力被炉渣吸附完全去除，同时因电极棒在熔化为熔滴穿越熔融保护渣过程，因为钢水-熔渣接触比表面积大，则相关夹杂物具备了向保护渣成分转变的能力，而炉渣保护成分的设定确保了其夹杂物具备低熔点和良好塑性能力，即使恰好12μm夹杂遗留在钢水中也具备良好塑性，其在后续锻造和轧制过程变形后长宽比大于2，最终夹杂物宽度小于等于6μm，考虑电渣后尺寸在2～3μm夹杂在后续锻造或轧制存在无法随钢基体变形可能，最终气门弹簧钢95％比例夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2。电渣过程的保护渣主要是隔离钢水与外界接触，还有能通过电加热去熔化电极形成电渣炉内钢水熔池，钢水熔池存放在铜板结晶器内，因结晶器外层通水冷却，钢水也逐步冷却成电渣锭。本发明的保护渣成分设定主要是确保其为酸性炉渣，则具备较强的吸附或改性可能遗留在原始电极棒内氧化铝夹杂能力，综合考虑，最终保护渣成分设定为CaF2：45～55％，CaO：10～15％，Al2O3：5～15％，SiO2：20～25％，Na2O：1～5％，保护渣加入CaF2主要是确保炉渣具备一定导电能力，保护渣其他组分极其含量是确保保护渣处于低熔点以及具备塑性化夹杂能力；本发明所选用的保护渣还因其熔点较低，仅为1200℃左右，则在电渣重熔过程中，保护渣还能很好改善结晶器与钢凝固过程传热，最终电渣锭表面质量良好。
本发明轧制过程中最终盘条的成分是根据气门弹簧钢的要求设定的，本发明对钢水中S进行设定，要求其下限为0.002wt％，主要是利用MnS夹杂析包裹在氧化物夹杂上以降低夹杂物夹杂的危害。
除此之外本发明在连铸、电渣重熔、锻造、轧制过程对于相关电极棒、电渣锭、盘条尺寸的设定主要是为方便生产。
本发明所提供的气门弹簧钢的制备方法，还具有以下几点有益效果：
1、本发明的气门弹簧钢的制备方法，能够稳定控制钢中夹杂物，并能确保气门弹簧钢盘条表面质量，将气门弹簧钢因夹杂物失效的风险降至零；
2、本发明的气门弹簧钢的制备方法，可以使气门弹簧钢夹杂物宽度全面小于6μm，95％比例夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，且不能包含脆性的铝质夹杂，盘条表面质量优良，满足高端乘用车气门弹簧钢要求，将气门弹簧钢因夹杂物失效风险降至零。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明所提供的气门弹簧钢的工艺路线为：初炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸→电渣重熔→锻造→线材轧制。
本发明的气门弹簧钢的制备方法，具体步骤如下：
(1)初炼：采用电炉/转炉初炼得到钢水，出钢过程中向钢水中加入高纯硅铁、低碳低铝铬铁和电解锰进行初始合金化处理；
具体过程为：根据气门弹簧钢的成品要求，通过电炉或转炉初炼得到钢水，在出钢过程中加入高纯硅铁、低碳低铝铬铁和电解锰初始合金化；其中高纯硅铁包括按质量百分比计的如下成分：Si：70～80％、Al<0.02％、Ti<0.05％，余量为铁和不可避免地杂质，高纯硅铁的加入量为20～25kg/t钢；低碳低铝铬铁包括按质量百分比计的如下成分：Cr：50～70％、Al<0.05％、Ti<0.05％，余量为铁和不可避免地杂质，低碳低铝铬铁的加入量11～13kg/t钢；电解锰加入量6～8kg/t钢。在上述出钢过程中可根据电炉或转炉出钢中钢水碳含量以及气门弹簧钢的目标碳含量添加炭粉。
(2)LF炉精炼：向钢包中加入石灰、合成渣进行造渣，然后加入合金和炭粉调整钢水成分至目标范围，禁止添加铝脱氧，最终渣系的碱度为0.8～1.2；
具体过程为：向钢水中加入石灰、合成渣进行造渣，并向钢水中加少量合金和炭粉调整钢水成分至目标范围，在此过程中禁止向钢水中加铝脱氧；其中合成渣的成分为：CaO：35～45wt％，SiO2：40～50wt％，Al2O3：0～3wt％,MgO：3～5wt％；在造渣过程中渣量控制在15～25kg/t钢，最终渣系的碱度为0.8～1.2，最终的炉渣中，Al2O3含量<5wt％.
(3)VD炉精炼：控制真空压力为100～1000Pa，真空处理时间为10～20min；
具体过程为：在VD炉进行真空精炼，控制(4)为100～1000Pa，真空处理时间为10～20min；VD炉精炼结束后，钢水成分达到如下要求：C：0.5～0.6％、Mn：0.7～0.8％、Si：1.5～1.55％、Ti<0.001％、Al<0.0015％、N<0.0055％、Cr:0.6～0.8％、S:0.002～0.01％、H<2ppm。
(4)连铸：将钢水直接浇注成连铸方坯；
钢水经连铸后得到连铸方坯，其中连铸方坯的断面尺寸为(300～340mm)×(400～430mm)；
(5)电渣重熔：对连铸方坯表面清理并制成电极棒，以电极棒作为原料进行电渣重熔得到电渣锭，电渣保护渣包括按质量百分比计的如下成分：CaF2：45～55wt％，CaO：10～15wt％，Al2O3：5～15wt％，SiO2：20～25wt％，Na2O：1～5wt％；
具体过程为：将连铸方坯表面清理后制作成可供电渣冶炼用的电极棒，以电极棒为原料进行电渣重熔，通过电渣炉冶炼得到圆柱形的电渣锭；其中电渣重熔过程中，采用全氩气密封保护，所用的电渣保护渣成分如下：CaF2：45～55wt％，CaO：10～15wt％，Al2O3：5～15wt％，SiO2：20～25wt％，Na2O：1～5wt％；上述的电极棒的长度2.5～3.5m，制得的电渣锭直径为0.6～0.65m；其中电渣锭表面质量良好。
(6)锻造：将电渣锭锻造成可供轧制线材的断面边长为0.14～0.16m的锻造方坯，其中锻造方坯的长度＞10m；
(7)线材轧制过程：将锻造方坯轧制成直径为5～8mm的气门弹簧钢盘条；该气门弹簧钢按质量百分比计的如下成分：C：0.5～0.6％、Mn：0.6～0.8％、Si：1.45～1.55％、Ti<0.001％、Al<0.0015％、N<0.006％，Cr:0.6～0.8％、S:0.002～0.01％，余量为铁和不可避免地杂质。
上述制备方法中由于步骤(5)中制备的电渣锭表面质量良好，最终轧制的盘条(气门弹簧钢)表面质量因遗传性而表面质量优良。
下面结合具体的例子对本发明的气门弹簧钢的制备方法进一步介绍；
实施例1
本实施例的工艺如下：电炉初炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸→电渣重熔→锻造→线材轧制生产乘用车气门弹簧钢，其主要工艺步骤如下：
(1)初炼：选用150吨电炉初炼钢水，当初炼钢水温度达1640℃时，碳含量测定为0.006％，电炉偏析炉底出钢，出钢过程向钢包中加入高纯硅铁3400kg，低碳低铝铬铁1750kg，电解锰1000kg，并加入碳粉800kg；其中所加入的高纯硅铁成分(按质量百分比计)：Si：75％，Al：0.015％，Ti：0.02％，其余为铁和不可避免地杂质，所加入的低碳低铝铬铁成分(按质量百分比计)：Cr：60％，Al：0.04％，Ti：0.04％，其余为铁和不可避免地杂质。
(2)LF炉精炼：选用150吨LF精炼，将前工序冶炼的钢水通过钢包转运到LF精炼工位，LF通过电弧对钢水加热升温，并通过钢包底吹搅拌钢水。LF冶炼前期加入石灰200kg及合成渣造渣1400kg，渣量控制为2500kg。待造渣初步完成后，测温取样，根据取样成分补加高纯硅铁30kg、低碳低铝铬铁10kg、碳粉100kg，钢水成分到气门弹簧钢的目标范围，最终炉渣成分CaO(按质量百分比计):CaO：40％，SiO2：45％，Al2O3：3％，MgO：10％，其他不可控组分：2％。LF炉加入的合成渣成分(按质量百分比计)：CaO：44％，SiO2：50％，Al2O3：1％，MgO：5％。
(3)VD真空炉精炼：将钢包从LF精炼工位调运到VD炉真空处理工位，抽真空开始真空处理，高真空压力控制200Pa左右，真空处理时间15分钟。VD精炼处理结束后，钢水成分(按质量百分比计)：C：0.55％，Mn：0.72％，Si：1.51％，Ti：0.0008％，Al：0.0010％，N：0.0050％，Cr:0.69％，S:0.0052％，H：1.5ppm。
(4)连铸：连铸方坯断面尺寸320mm×420mm，连铸过后按后续电渣处理量的要求将部分连铸方坯放冷。
(5)电渣熔炼：对放冷的连铸大方坯切割成长3米一段，表面清理后制作可供电渣冶炼用电极棒，以电极棒作原料，进行电渣重熔冶炼，冶炼过程全程通氩气保护，冶炼开始通电后促使保护渣熔化以及电极棒顶端钢熔化，熔化后的钢熔滴下落穿过渣池到结晶器内形成新的钢水金属熔池，金属熔池在通过结晶器冷却凝固成电渣锭，电渣保护渣成分(按质量百分比计)：CaF2：45％，CaO：15％，Al2O3：15％，SiO2：22％，Na2O：3％，用此保护渣可将电极棒通过电渣炉冶炼为圆柱形电渣锭，电渣锭直径610mm，长1.1米。
(6)锻造：将电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯，锻造方坯的断面边长0.142m，为了确保气门弹簧钢质量，锻造后在长度方向锻造坯的两端各切除8％，锻造方坯最终长度13.8m。
(7)线材轧制：将锻造方坯通过线材轧机轧制成直径5.5mm气门弹簧钢盘条。最终盘条无表面质量缺陷，最终成分为(按质量百分比计)：C：0.54％，Mn：0.71％，Si：1.5％，Ti：0.0008％，Al：0.0009％，N：0.0051％，Cr：0.69％，S：0.004％，符合气门弹簧钢成分要求。
本实施例中制备的气门弹簧钢盘条经过检测，检测面积1200mm2，最宽夹杂物为5μm，按个数96％夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，上述夹杂物普遍具有良好塑性：气门弹簧钢盘条表面质量经检测无缺陷。气门弹簧钢后续拉丝后测定疲劳寿命2500万次未断丝，符合气门弹簧相关要求。后续以此气门弹簧钢为原料在弹簧厂制成乘用车气门弹簧。
实施例2
本实施例的工艺如下：转炉初炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸→电渣重熔→锻造→线材轧制生产乘用车气门弹簧钢，其主要工艺步骤如下：
(1)初炼：选用120吨电炉初炼钢水，当初炼钢水温度达1650℃时，碳含量测定为0.004％，挡渣出钢，出钢过程向钢包中加入高纯硅铁2580kg，低碳低铝铬铁1300kg，电解锰800kg，并加入碳粉660kg；其中所加入的高纯硅铁成分(按质量百分比计)：Si：77％，Al：0.014％，Ti：0.02％，其余为铁和不可避免地杂质，所加入的低碳低铝铬铁成分(按质量百分比计)：Cr：65％，Al：0.04％，Ti：0.03％，其余为铁和不可避免地杂质。
(2)LF炉精炼：选用120吨LF精炼，将前工序冶炼的钢水通过钢包转运到LF精炼工位，LF通过电弧对钢水加热升温，并通过钢包底吹搅拌钢水。LF冶炼前期加入石灰1600kg及合成渣造渣1150kg，渣量控制为2100kg。待造渣初步完成后，测温取样，根据取样成分补加高纯硅铁25kg、低碳低铝铬铁7kg、碳粉90kg，钢水成分到气门弹簧钢的目标范围，最终炉渣成分CaO(按质量百分比计)：CaO：42％，SiO2：44％，Al2O3：2％，MgO：9％，其他不可控组分：3％。LF炉加入的合成渣成分(按质量百分比计)：CaO：44％，SiO2：50％，Al2O3：1％，MgO：5％。
(3)VD真空炉精炼：将钢包从LF精炼工位调运到VD炉真空处理工位，抽真空开始真空处理，高真空压力控制200Pa左右，真空处理时间18分钟。VD精炼处理结束后，钢水成分(按质量百分比计)：C：0.56％，Mn：0.78％，Si：1.53％，Ti：0.0010％，Al：0.0011％，N：0.0045％，Cr:0.71％，S:0.004％，H:1.3ppm。
(4)连铸：连铸方坯断面尺寸320mm×425mm，连铸过后按后续电渣处理量的要求将部分连铸方坯放冷。
(5)电渣熔炼：对放冷的连铸大方坯切割成长3.1米一段，表面清理后制作可供电渣冶炼用电极棒，以电极棒作原料，进行电渣重熔冶炼，冶炼过程全程通氩气保护，冶炼开始通电后促使保护渣熔化以及电极棒顶端钢熔化，熔化后的钢熔滴下落穿过渣池到结晶器内形成新的钢水金属熔池，金属熔池在通过结晶器冷却凝固成电渣锭，电渣保护渣成分(按质量百分比计)：CaF2：50％，CaO：13％，Al2O3：12％，SiO2：23％，Na2O：2％，用此保护渣可将电极棒通过电渣炉冶炼为圆柱形电渣锭，电渣锭直径610mm，长1.12米。
(6)锻造：将电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯，锻造方坯的断面边长0.145m，为了确保气门弹簧钢质量，锻造后在长度方向锻造坯的两端各切除8％，锻造方坯最终长度13.3m。
(7)线材轧制：将锻造方坯通过线材轧机轧制成直径5.5mm气门弹簧钢盘条。最终盘条无表面质量缺陷，最终成分为(按质量百分比计)：C：0.55％，Mn：0.78％，Si：1.51％，Ti：0.0009％，Al：0.0008％，N：0.0046％，Cr：0.7％，S:0.004％，符合气门弹簧钢成分要求。
本实施例中制备的气门弹簧钢盘条经过检测，检测面积1200mm2，最宽夹杂物为6μm，按个数95％夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，上述夹杂物普遍具有良好塑性：气门弹簧钢盘条表面质量经检测无缺陷。气门弹簧钢后续拉丝后测定疲劳寿命2500万次未断丝，符合气门弹簧相关要求。后续以此气门弹簧钢为原料在弹簧厂制成乘用车气门弹簧。
实施例3
本实施例的工艺如下：转炉初炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸→电渣重熔→锻造→线材轧制生产乘用车气门弹簧钢，其主要工艺步骤如下：
(1)初炼：选用150吨电炉初炼钢水，当初炼钢水温度达1640℃时，碳含量测定为0.1％，电炉偏析炉底出钢，出钢过程向钢包中加入高纯硅铁3300kg，低碳低铝铬铁1740kg，电解锰1000kg，并加入碳粉660kg；其中所加入的高纯硅铁成分(按质量百分比计)：Si：75％，Al：0.015％，Ti：0.02％，其余为铁和不可避免地杂质，所加入的低碳低铝铬铁成分(按质量百分比计)：Cr：60％，Al：0.04％，Ti：0.04％，其余为铁和不可避免地杂质。
(2)LF炉精炼：选用150吨LF精炼，将前工序冶炼的钢水通过钢包转运到LF精炼工位，LF通过电弧对钢水加热升温，并通过钢包底吹搅拌钢水。LF冶炼前期加入石灰230kg及合成渣造渣1400kg，渣量控制为2530kg。待造渣初步完成后，测温取样，根据取样成分补加高纯硅铁20kg、低碳低铝铬铁12kg、碳粉80kg，钢水成分到气门弹簧钢的目标范围，最终炉渣成分CaO(按质量百分比计)：CaO：44％，SiO2：50％，Al2O3：1％，MgO：5％，其他不可控组分：3％。LF炉加入的合成渣成分(按质量百分比计)：CaO：44％，SiO2：50％，Al2O3：1％，MgO：5％。
(3)VD真空炉精炼：将钢包从LF精炼工位调运到VD炉真空处理工位，抽真空开始真空处理，高真空压力控制200Pa左右，真空处理时间12分钟。VD精炼处理结束后，钢水成分(按质量百分比计)：C：0.54％，Mn：0.72％，Si：1.55％，Ti：0.0008％，Al：0.0013％，N：0.0052％，Cr:0.7％,，S:0.0032％，H:1.7ppm。
(4)连铸：连铸方坯断面尺寸320mm×425mm，连铸过后按后续电渣处理量的要求将部分连铸方坯放冷。
(5)电渣熔炼：对放冷的连铸大方坯切割成长3米一段，表面清理后制作可供电渣冶炼用电极棒，以电极棒作原料，进行电渣重熔冶炼，冶炼过程全程通氩气保护，冶炼开始通电后促使保护渣熔化以及电极棒顶端钢熔化，熔化后的钢熔滴下落穿过渣池到结晶器内形成新的钢水金属熔池，金属熔池在通过结晶器冷却凝固成电渣锭，电渣保护渣成分(按质量百分比计)：CaF2：55％，CaO：10％，Al2O3：10％，SiO2：22％，Na2O：3％，用此保护渣可将电极棒通过电渣炉冶炼为圆柱形电渣锭，电渣锭直径610mm，长1.1米。
(6)锻造：将电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯，锻造方坯的断面边长0.142m，为了确保气门弹簧钢质量，锻造后在长度方向锻造坯的两端各切除8％，锻造方坯最终长度13.8m。
(7)线材轧制：将锻造方坯通过线材轧机轧制成直径6mm气门弹簧钢盘条。最终盘条无表面质量缺陷，最终成分为(按质量百分比计)：C：0.54％，Mn：0.71％，Si：1.48％，Ti：0.0007％，Al：0.0008％，N：0.0055％，Cr：0.69％，S：0.003％，符合气门弹簧钢成分要求。
本实施例中制备的气门弹簧钢盘条经过检测，检测面积1200mm2，最宽夹杂物为5μm，按个数97％夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，上述夹杂物普遍具有良好塑性：气门弹簧钢盘条表面质量经检测无缺陷。气门弹簧钢后续拉丝后测定疲劳寿命2500万次未断丝，符合气门弹簧相关要求。后续以此气门弹簧钢为原料在弹簧厂制成乘用车气门弹簧。
实施例4
本实施例的工艺如下：转炉初炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸→电渣重熔→锻造→线材轧制生产乘用车气门弹簧钢，其主要工艺步骤如下：
(1)初炼：选用150吨电炉初炼钢水，当初炼钢水温度达1640℃时，碳含量测定为0.1％，电炉偏析炉底出钢，出钢过程向钢包中加入高纯硅铁3000kg，低碳低铝铬铁1650kg，电解锰900kg，并加入碳粉660kg；其中所加入的高纯硅铁成分(按质量百分比计)：Si：70％，Al：0.018％，Ti：0.04％，其余为铁和不可避免地杂质，所加入的低碳低铝铬铁成分(按质量百分比计)：Cr：50％，Al：0.03％，Ti：0.03％，其余为铁和不可避免地杂质。
(2)LF炉精炼：选用150吨LF精炼，将前工序冶炼的钢水通过钢包转运到LF精炼工位，LF通过电弧对钢水加热升温，并通过钢包底吹搅拌钢水。LF冶炼前期加入石灰230kg及合成渣1400kg进行造渣，渣量控制为2550kg。待造渣初步完成后，测温取样，根据取样成分补加高纯硅铁20kg、低碳低铝铬铁12kg、碳粉80kg，钢水成分到气门弹簧钢的目标范围，最终炉渣成分CaO(按质量百分比计)：CaO：44％，SiO2：50％，Al2O3：3％，MgO：5％，其他不可控组分：1％。LF炉加入的合成渣成分(按质量百分比计)：CaO：42％，SiO2：50％，Al2O3：3％，MgO：5％。
(3)VD真空炉精炼：将钢包从LF精炼工位调运到VD炉真空处理工位，抽真空开始真空处理，高真空压力控制200Pa左右，真空处理时间12分钟。VD精炼处理结束后，钢水成分(按质量百分比计)：C：0.52％，Mn：0.72％，Si：1.51％，Ti：0.0008％，Al：0.0012％，N：0.0055％，Cr:0.65％,，S:0.0025％，H:1.3ppm。
(4)连铸：连铸方坯断面尺寸320mm×425mm，连铸过后按后续电渣处理量的要求将部分连铸方坯放冷。
(5)电渣熔炼：对放冷的连铸大方坯切割成长3米一段，表面清理后制作可供电渣冶炼用电极棒，以电极棒作原料，进行电渣重熔冶炼，冶炼过程全程通氩气保护，冶炼开始通电后促使保护渣熔化以及电极棒顶端钢熔化，熔化后的钢熔滴下落穿过渣池到结晶器内形成新的钢水金属熔池，金属熔池在通过结晶器冷却凝固成电渣锭，电渣保护渣成分(按质量百分比计)：CaF2：55％，CaO：10％，Al2O3：10％，SiO2：22％，Na2O：3％，用此保护渣可将电极棒通过电渣炉冶炼为圆柱形电渣锭，电渣锭直径610mm，长1.1米。
(6)锻造：将电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯，锻造方坯的断面边长0.142m，为了确保气门弹簧钢质量，锻造后在长度方向锻造坯的两端各切除8％，锻造方坯最终长度13.8m。
(7)线材轧制：将锻造方坯通过线材轧机轧制成直径6mm气门弹簧钢盘条。最终盘条无表面质量缺陷，最终成分为(按质量百分比计)：C：0.52％，Mn：0.69％，Si：1.45％，Ti：0.0007％，Al：0.0007％，N：0.0057％，Cr：0.62％，S：0.0021％，符合气门弹簧钢成分要求。
本实施例中制备的气门弹簧钢盘条经过检测，检测面积1200mm2，最宽夹杂物为4μm，按个数96％夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，上述夹杂物普遍具有良好塑性：气门弹簧钢盘条表面质量经检测无缺陷。气门弹簧钢后续拉丝后测定疲劳寿命2500万次未断丝，符合气门弹簧相关要求。后续以此气门弹簧钢为原料在弹簧厂制成乘用车气门弹簧。
实施例4
本实施例的工艺如下：转炉初炼→LF炉精炼→VD炉精炼→连铸→电渣重熔→锻造→线材轧制生产乘用车气门弹簧钢，其主要工艺步骤如下：
(1)初炼：选用150吨电炉初炼钢水，当初炼钢水温度达1640℃时，碳含量测定为0.1％，电炉偏析炉底出钢，出钢过程向钢包中加入高纯硅铁3600kg，低碳低铝铬铁1950kg，电解锰1100kg，并加入碳粉660kg；其中所加入的高纯硅铁成分(按质量百分比计)：Si：79％，Al：0.016％，Ti：0.04％，其余为铁和不可避免地杂质，所加入的低碳低铝铬铁成分(按质量百分比计)：Cr：69％，Al：0.034％，Ti：0.03％，其余为铁和不可避免地杂质。
(2)LF炉精炼：选用150吨LF精炼，将前工序冶炼的钢水通过钢包转运到LF精炼工位，LF通过电弧对钢水加热升温，并通过钢包底吹搅拌钢水。LF冶炼前期加入石灰230kg及合成渣1400kg进行造渣，渣量控制为2880kg。待造渣初步完成后，测温取样，根据取样成分补加高纯硅铁25kg、低碳低铝铬铁10kg、碳粉85kg，钢水成分到气门弹簧钢的目标范围，最终炉渣成分CaO(按质量百分比计)：CaO：43％，SiO2：51％，Al2O3：2％，MgO：3％，其他不可控组分：1％。LF炉加入的合成渣成分(按质量百分比计)：CaO：45％，SiO2：50％，Al2O3：2％，MgO：3％。
(3)VD真空炉精炼：将钢包从LF精炼工位调运到VD炉真空处理工位，抽真空开始真空处理，高真空压力控制200Pa左右，真空处理时间12分钟。VD精炼处理结束后，钢水成分(按质量百分比计)：C：0.58％，Mn：0.78％，Si：1.53％，Ti：0.0008％，Al：0.0011％，N：0.0052％，Cr:0.78％,，S:0.008％，H:1.2ppm。
(4)连铸：连铸方坯断面尺寸340mm×430mm，连铸过后按后续电渣处理量的要求将部分连铸方坯放冷。
(5)电渣熔炼：对放冷的连铸大方坯切割成长3.4米一段，表面清理后制作可供电渣冶炼用电极棒，以电极棒作原料，进行电渣重熔冶炼，冶炼过程全程通氩气保护，冶炼开始通电后促使保护渣熔化以及电极棒顶端钢熔化，熔化后的钢熔滴下落穿过渣池到结晶器内形成新的钢水金属熔池，金属熔池在通过结晶器冷却凝固成电渣锭，电渣保护渣成分(按质量百分比计)：CaF2：45％，CaO：15％，Al2O3：10％，SiO2：25％，Na2O：5％，用此保护渣可将电极棒通过电渣炉冶炼为圆柱形电渣锭，电渣锭直径610mm，长1.1米。
(6)锻造：将电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯，锻造方坯的断面边长0.142m，为了确保气门弹簧钢质量，锻造后在长度方向锻造坯的两端各切除8％，锻造方坯最终长度13.8m。
(7)线材轧制：将锻造方坯通过线材轧机轧制成直径6mm气门弹簧钢盘条。最终盘条无表面质量缺陷，最终成分为(按质量百分比计)：C：0.57％，Mn：0.78％，Si：1.52％，Ti：0.0007％，Al：0.0007％，N：0.0055％，Cr：0.77％，S：0.007％，符合气门弹簧钢成分要求。
本实施例中制备的气门弹簧钢盘条经过检测，检测面积1200mm2，最宽夹杂物为5μm，按个数97％夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，上述夹杂物普遍具有良好塑性：气门弹簧钢盘条表面质量经检测无缺陷。气门弹簧钢后续拉丝后测定疲劳寿命2500万次未断丝，符合气门弹簧相关要求。后续以此气门弹簧钢为原料在弹簧厂制成乘用车气门弹簧。
综上所述，本发明的气门弹簧钢的制备方法，能够稳定控制钢中夹杂物，并能确保气门弹簧钢盘条表面质量，将气门弹簧钢因夹杂物失效的风险降至零；该气门弹簧钢的制备方法，可以使气门弹簧钢夹杂物宽度全面小于6μm，95％比例夹杂物(大于2μm)的长宽比大于2，且不能包含脆性的铝质夹杂，盘条表面质量优良，满足高端乘用车气门弹簧钢要求，将气门弹簧钢因夹杂物失效风险降至零。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种气门弹簧钢的制备方法，其特征在于，通过初炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸、电渣重熔、锻造和线材轧制得到气门弹簧钢，
具体包括以下步骤：
（1）初炼，采用电炉/转炉初炼得到钢水，出钢过程中向所述钢水中加入高纯硅铁、低碳低铝铬铁和电解锰进行初始合金化处理，所述高纯硅铁包括按质量百分比计的如下成分：Si：70～80%、Al<0.02%、Ti<0.05%，余量为铁和不可避免地杂质；所述高纯硅铁的加入量为20～25kg/t钢；所述低碳低铝铬铁包括按质量百分比计的如下成分：Cr：50～70%、Al<0.05%、Ti<0.05%，余量为铁和不可避免地杂质；所述低碳低铝铬铁的加入量为11～13kg/t钢；所述电解锰的加入量为6～8kg/t钢；
（2）LF炉精炼，向钢包中加入石灰、合成渣进行造渣，然后加入合金和炭粉调整钢水成分至目标范围，禁止添加铝脱氧，最终渣系的碱度为0.8～1.2，所述合成渣的成分为：CaO：35～45wt%，SiO2：40～50wt%，Al2O3：0～3wt%, MgO：3～5wt%；所述造渣过程中，渣量控制在15～25kg/t钢；炉渣Al2O3含量<5wt%；
（3）VD炉精炼，控制真空压力为100～1000Pa，真空处理时间为10～20min，所述VD炉精炼结束后，钢水成分达到如下要求：C：0.5～0.6%、Mn：0.7～0.8%、Si：1.5～1.55%、Ti<0.001%、Al<0.0015%、N<0.0055%、Cr: 0.6～0.8%、S: 0.002～0.01%、H<2ppm；
（4）连铸，将钢水直接浇注成连铸方坯；
（5）电渣重熔，对所述连铸方坯表面清理并制成电极棒，以所述电极棒作为原料进行电渣重熔得到电渣锭，电渣保护渣包括按质量百分比计的如下成分：CaF2：45～55wt%，CaO：10～15 wt %，Al2O3：5～15 wt %，SiO2：20～25 wt %，Na2O：1～5 wt %；
（6）锻造，将所述电渣锭锻造成可供轧制线材的锻造方坯；
（7）线材轧制，将所述锻造方坯轧制得到气门弹簧钢盘条，
所述气门弹簧钢包含按质量百分比计的如下组分：C：0.5～0.6%、Mn：0.6～0.8%、Si：1.45～1.55%、Ti<0.001%、Al<0.0015%、N<0.006%，Cr: 0.6～0.8%、S: 0.002～0.01%，余量为铁和不可避免地杂质，
气门弹簧钢夹杂物宽度全面小于6μm。
2.根据权利要求1所述的气门弹簧钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：
所述出钢过程，根据转炉或电炉出钢的碳含量与所述气门弹簧钢的目标碳含量添加炭粉。
3.根据权利要求1所述的气门弹簧钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述连铸方坯的断面尺寸为（300～340mm）×（400～430mm）。
4.根据权利要求1所述的气门弹簧钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中，所述气门弹簧钢盘条的直径为5～8mm。
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