CN1389310A - 直接拉拔用弹簧钢线材及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于合金钢及制造工艺领域,涉及一种直接拉拔用硅锰弹簧钢线材及制造工艺。本发明中的直接拉拔用硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材的化学成分采取GB/T1222－1984《弹簧钢》规定的成分配比。通过控制轧制和控制冷却新工艺,使热轧硅锰弹簧钢线材轧后获得均匀分布的细片状珠光体和少量铁素体(或索氏体)组织,线材轧后抗拉强度(σ_b)1000MPa～1200MPa、断面收缩率(Ψ)25%～50%。塑性充分提高,使热轧线材不经过退火直接拉拔。在钢丝生产过程中经济效果显著,减少热处理设备投资、减少线材酸洗量,减少废酸及有害气体排放,有利于环保。

Description

直接拉拔用弹簧钢线材及制造方法

本发明属于合金钢及制造工艺领域，涉及一种直接拉拔用弹簧钢线材及制造工艺。

弹簧钢广泛用于汽车、铁路及机械等，随着我国汽车工业、铁路运输业的飞速发展，对弹簧钢的需求量越来越大，国内需求量每年在30万吨以上。

弹簧钢热轧线材采用传统工艺轧制，由于受到轧机和工艺的限制，轧后抗拉强度(σ_b)800MPa～1000MPa、断面收缩率(ψ)10％～20％，组织一般为粗大珠光体与铁素体。上述热轧弹簧钢线材塑性较差，不可直接用于拉拔钢丝，拉拔加工前必须先经过680℃～760℃×3h～5h的退火，才可达到冷加工所需要的工艺性能要求。使用上述热轧线材拉拔钢丝的传统生产工艺为：热轧盘条→退火→酸洗→→拉丝→中间退火→酸洗→拉丝……→入库，也就是坯料在拉拔前首先须经退火。传统拔丝生产工艺成本高、生产效率低、污染环境。

随着高线轧机在特殊钢生产中的应用，弹簧钢线材轧制中采用控制轧制和控制冷却工艺成为可能。

国内线材控制轧制和控制冷却是80年代随着高线轧机的应用而发展起来的一项新技术，最初应用在低碳钢、低合金钢生产中，主要目的是为了提高强度和综合力学性能。合金弹簧是中碳、高强度特殊钢，轧制过程中组织变化复杂，控制难度较大。此前国内尚未见采用控制轧制和控制冷却成功轧制弹簧钢线材的报道。目前，大连钢铁集团有限责任公司已经在其由德国引进的高精度合金钢棒线材连轧机上，成功开发弹簧钢线材控制轧制和控制冷却新工艺。

本发明的目的是通过采用控制轧制和控制冷却工艺，使热轧弹簧钢线材晶粒充分细化，轧后获得细片状、均匀分布的珠光体及少量铁素体(或索氏体)组织，线材轧后抗拉强度(σ_b)1000MPa～1200MPa、断面收缩率(ψ)25％～48％。塑性充分提高，可以使热轧线材不经过退火直接拉拔。

本发明采用如下技术方案。

本发明中的直接拉拔用硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材的化学成分采用GB/T1222-1984《弹簧钢》规定的成分配比。

本发明中的直接拉拔用硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材制造执行如下工艺：

电炉(EBT)冶炼→炉外精炼(LF+VD)→模注钢锭(3t)→红转→初轧开方坯(150mm)→钢坯缓冷→钢坯喷丸、探伤→钢坯机械修磨→棒线材连轧机轧制→热轧材成品。

其中线材轧制工序采用控制轧制和控制冷却工艺，是本技术方案的核心，分三段控制：

1初、中轧控制在单相奥氏体完全再结晶区域，开轧温度980℃～1030℃；

2终轧控制在奥氏体未再结晶区或两相区，800℃～900℃；

3终轧后轧线水冷控制到750℃～850℃吐丝；Stelmer线控制移动速0.15m/s～0.25m/s，冷却到400℃以下。

具体说明如下：

控制轧制是在奥氏体相区或在奥氏体与铁素体两相区进行，然后空冷或控制冷却速度，得到理想的组织与性能。是动态再结晶与静态再结晶及组织细化。

在奥氏体再结晶温度以上细化晶粒，是利用热变形与再结晶细化晶粒：1000℃以上变形，主要以动态再结晶细化晶粒；1000℃以下变形，主要以静态再结晶细化晶粒。细化晶粒主要目的是通过对加热时粗化的初始奥氏体晶粒反复进行轧制—再结晶细化晶粒，从而为终轧后γ-α相变时得到细片状珠光体加少量铁素体(或索氏体)组织奠定基础。

在奥氏体再结晶温度以下形变组织细化晶粒。终轧控制在两相区(800℃～900℃)轧制，850℃以下再结晶困难，奥氏体晶粒沿轧制方向产生形变带，此时不仅由于晶界面积的增加提高了铁素体形核密度，而且在形变带上出现铁素体晶核，进一步促进铁素体晶粒细化。

终轧后轧线水冷控制，使进行相变的奥氏体形成微细的珠光体晶粒，从而得到均匀、细片状珠光体加少量铁素体(或索氏体)组织，最终获得优良的综合性能。

控轧控冷工艺比常规轧制工艺具有突出先进性。以60Si2Mn为例，60Si2Mn为亚共析钢，Ac₃745℃、Ac₃808℃、Ar₁700℃、Ar₃770℃在轧后冷却过程中首先析出先共析铁素体，珠光体随后转变，铁素体易形成网，珠光体极易出现粗片珠光体团、晶粒粗大，钢材硬度、脆性都明显增大、性能变差。必须执行控轧控冷工艺才可避免此组织的出现。

本发明的优点和效果：

具有以下特点：

1)硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材的化学成分采取GB/T1222规定的成分配比未作调整，通过采用控制轧制和控制冷却新工艺使其组织、性能有很大改善。

2)减少钢丝生产中的退火工序。

具有以下优点：

第一，热轧线材组织为均匀、细片状珠光体加少量铁素体(或索氏体)；力学性能中，强度、塑性均有提高、尤其是断面收缩率提高幅度更大。

第二，热轧线材不经退火可直接进行20％～50％变形量的拉拔。

第三，有利于环保。减少线材酸洗量，减少有害气体排放。

第四，经济效果显著，主要在钢丝生产中实现。

1)减少热处理设备投资。热处理设备投资约占弹簧钢丝生产设备总投资30％～50％，采用本发明生产时，可减少热处理设备投资额达1/3，同时可减少厂房面积60～80m²。

2)降低生产成本。减少热处理量可节约能耗30％；减少金属料烧损，成材率由常规的94％提高到98％；减少酸洗消耗。以上三项合计可降低生产成本400元/t～450元/t。

3)有利于弹簧钢丝的连续自动化生产，提高作业效率。大盘重、高塑性、强韧性的线材，为连续式拉丝机在弹簧钢丝生产中的应用创造了有利条件。

本发明实施例：按本发明的控制轧制和控制冷却工艺轧制线材60Si2MnA三炉。

实施例1：

牌号60Si2MnA炉号011/1982规格14.0mm

其轧制工艺：

开轧温度980℃～1030℃，进精轧机前温度850℃～880℃，吐丝温度780℃～800℃；

检验结果：

抗拉强度(σ_b)1010MPa～1020Mpa，断面收缩率(φ)40％～43％。

拉拔试验：

线材原料直接酸洗、黄化，干燥后在立式拉丝机上拉制，拉制过程如下：

14.0-12.0-10.5(mm)。

拉制两道次，总减面率43.7％，拉制后退火720℃±10℃×6～7h，抗拉强度(σ_b)600MPa～700Mpa。

实施例2：

牌号60Si2MnA炉号011/1154规格8.0mm

其轧制工艺：

开轧温度980℃～1030℃，进精轧机前温度800℃～850℃，吐丝温度750℃～810℃；

检验结果：

抗拉强度(σ_b)1010MPa～1050Mpa，断面收缩率(φ)40％～42％。

拉拔试验：

线材原料直接酸洗、黄化，干燥后在立式拉丝机上拉制，拉制过程如下：

8.0-7.0-6.2-5.4(mm)。

拉制两道次，总减面率54.4％，拉制后退火720℃±10℃×6～7h，抗拉强度(σ_b)605MPa～710MPa。

实施例3：

牌号60Si2MnA炉号94/825规格5.5mm

其轧制工艺：

开轧温度980℃～1030℃，进精轧机前温度800℃～850℃，吐丝温度750℃～830℃；

检验结果：

抗拉强度(σ_b)1100MPa～1200MPa，断面收缩率(φ)39％～44％。

拉拔试验：

线材原料直接酸洗、黄化，干燥后在立式拉丝机上拉制，拉制过程如下：

5.5-4.5-4.0(mm)。

拉制一道次，总减面率47.1％，拉制后退火720℃±10℃×6～7h，抗拉强度(σ_b)595MPa～680MPa。

直接拉拔用硅锰弹簧钢线材已经按上述工艺生产500吨，产品受到用户好评。

Claims (3)

1一种硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材，其特征在于热轧后抗拉强度(σ_b)1000MPa～1200MPa、断面收缩率(ψ)25％～50％，组织为均匀、细片状珠光体加少量铁素体(或索氏体)。

2权利要求1所述的一种硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材，其特征在于60Si2MnA热轧后抗拉强度(σ_b)1010MPa～1170MPa、断面收缩率(ψ)25％～45％，组织为均匀、细片状珠光体加少量铁素体(或索氏体)。

3权利要求1所述的一种硅锰弹簧钢(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)线材的制造工艺，其特征在于：线材轧制工序采用控制轧制和控制冷却工艺，分三段控制：

1)初、中轧控制在单相奥氏体完全再结晶区域，980℃～1030℃；

2)终轧控制在两相区，800℃～900℃；

3)终轧后轧线水冷控制到750℃～850℃吐丝、Stelmer线控制移动速度0.15m/s～0.25m/s，冷却到400℃以下。