60CrMnA弹簧扁钢的试制 - 文章

60CrMnA弹簧扁钢的试制

作者：青岛钢铁控股集团孙理孙杰青陈戈萍亓奉友

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摘要：采用转炉-精炼-连铸-型材轧机工艺流程试制60CrMnA弹簧扁钢。通过采取拉碳法、LF精炼及喂丝、保护浇铸和轧制合理控制冷却等措施，解决了生产中存在的扁钢硬度高、表面毛刺、侧面裂纹等问题，生产出了符合GB1222-84标准和满足用户要求的60CrMnA优质弹簧扁钢。
关键词：60CrMnA；弹簧扁钢；试制

1 前言

60CrMnA弹簧扁钢主要用于重型汽车等减振部件，使用条件比较恶劣，对其强度、疲劳极限及冲击韧性要求较高。60CrMnA钢系合金弹簧钢，克服了Si-Mn钢的缺点，可防止钢的过热和脱碳，具有良好的工艺性能和综合机械性能。铬的加入，钢的淬透性较好，同时由于加入钒，使晶粒细化，保证在高温下仍具有较高的弹性极限和屈服极限[1]。青岛钢铁控股集团有限公司（简称青钢）在生产60Si2Mn弹簧扁钢的基础上，从2002年开始用转炉－LF精炼－连铸-型材轧机工艺试制60CrMnA弹簧扁钢。通过采取多项先进工艺技术，钢材的各项性能均达到GB1222－84规定要求，同时也得到了用户的好评，至今可以生产3个系列10种规格的弹簧扁钢。

2 试制工艺

2.1 主要设备及工艺流程

4座350m3高炉，4座30t氧气顶吹转炉，3台R5m和1台R8m四机四流小方坯连铸机，三段连续蓄热式燃气加热炉1座，Φ550mm×1/Φ350mm×3/Φ250mm×2/Φ330mm×1轧机。
工艺流程为：高炉铁水—氧气顶吹转炉—LF精炼及喂丝—小方坯连铸机—加热炉—型材轧机—成品检验入库。

2.2 冶炼工艺

（1）采用拉碳法冶炼，从而使钢中碳比较均匀，同时降低了钢中的氧含量。
（2）出钢的前期和后期要挡好渣，合理选用合金进行脱氧及合金化。
（3）采用LF精炼及喂丝技术，有效降低了钢液中的氧含量和夹杂物数量，大大提高了钢液的纯净度。在LF进行成分微调，使钢水成分、温度均匀。
（4）连铸采用全过程保护浇铸，使铸坯表面质量得到了改善。保护浇铸方式采用浸入式保护管并吹氩气。
（5）采用结晶器电磁搅拌；二次冷却方式采用汽水雾化冷却，使铸坯表面质量得到了进一步改善。
（6）通过控制合理的拉速，使铸坯内部质量得到明显改善；通过合理控制温度，实现了低过热度浇铸，从而改善了铸坯内部质量。

2.2 轧制工艺

（1）方坯入炉前严格检查表面质量，对表面缺陷进行清理；在其上面及两头的端面涂抹一层浆状物质，以防止脱碳。
（2）采用150mm×150mm断面连铸坯生产大规格扁钢，提高压缩比。各孔型采用适当的变形参数使变形均匀，保证质量。
（3）合理控制加热温度、开轧温度、终轧温度。
（4）冷床进行保温，在收集处实行堆冷。

3 解决的主要问题

3.1 扁钢硬度

60CrMnA弹簧扁钢最大的特点是含有较高的铬、钒等元素，从而使晶粒细化，但控制不当容易造成扁钢硬度偏高，对制作弹簧前的下料冲孔等工艺影响很大。利用LF的成分微调功能，对主要元素含量（特别是C、Cr、V）全部按某个较窄的范围控制，取得了较好的效果；轧后在冷床上进行保温，在收集处实行堆冷，创造条件降低冷却速度，保证成品扁钢的硬度不超标。

3.2 扁钢表面起毛刺

试制初期，由于对铸坯振痕认识不足，使扁钢表面起毛刺，尤其是扁钢侧面。通过研究分析，认为是铸坯振痕过深产生微裂纹造成的，在改变了结晶器的振幅和频率后，再没有发现扁钢表面起毛刺现象。

3.3 扁钢侧面裂纹

在扁钢试制过程中，在线取样酸洗检查表面质量，发现个别扁钢侧面有裂纹，初步分析认为是铸坯表面凹陷造成的。为了进一步确认凹陷对扁钢侧面裂纹的影响，取19个铸坯样，进行了低倍检验分析及测量，发现坯样有凹陷处伴有皮下裂纹，且凹陷越深，皮下裂纹距凹陷谷底的距离越近。同时对有凹陷的铸坯按凹陷深度分类进行轧制试验，试验结果表明，凹陷深度大时，裂纹明显增加。

通过低倍分析及轧制试验结果，规定凹陷深度比较大可以作为铸坯判废条件。为了解决凹陷问题，将二次冷却方式改为汽水雾化冷却进行试验，结果显示凹陷废品率由原来的35％降为0.3%。试验的铸坯轧制成扁钢后，没有发现扁钢侧面有裂纹现象。

4 试制结果及分析

60CrMnA的熔炼成分见表1。钢中成分不均匀是造成扁钢力学性能以及热处理不稳定的重要因素。所以通过严格控制铁水装入制度、制定合理的造渣制度、采用拉碳法冶炼等，使成分完全符合标准要求，且比较稳定、均匀。

表1 熔炼成分 %

钢种		C	Si	Mn	P	S	Cr
60CrMnA	范围	0.56～0.63	0.20～0.28	0.57～0.68	0.010～0.020	0.010～0.022	0.83～0.96
60CrMnA	均值	0.58	0.23	0.62	0.016	0.014	0.89
标准要求		0.56～0.64	0.17～0.37	0.70～1.00	≤0.030	≤0.030	0.70-1.00

注：（1）采用光谱分析法进行成分分析；（2）统计炉数为100炉。

扁钢产品性能指标见表2。在试制过程中，通过采取LF精炼、保护浇铸、轧后控制冷却等一系列的措施，稳定了成分，提高了铸坯的内部质量，使扁钢的性能和硬度符合标准要求。

表2 扁钢性能

性能	σ_S/MPa	σ_b/MPa	δ₅/%	ψ/%	布氏硬度HB
60CrMnA扁钢	1230～1410 1320	1300～1520 1420	10～12 10.5	31～38 35	269～293 272
GB1222—84规定	≥1078	≥1225	≥9	≥20	≤321

扁钢低倍组织见表3。通过合理控制开轧温度，采取LF精炼及喂丝技术、低过热度浇铸、合理控制拉速以及轧制选用合理的孔型系统和道次等措施，使扁钢低倍组织完全符合标准要求。

表3 扁钢低倍组织

项目	一般疏松	中心疏松	中心偏析	其它
60CrMnA	1.0～1.5	1.0～1.5	1.0～1.5	无
GB1222—84	≤2.5	≤2.5	≤2.5	不得有缩孔、裂缝、分层、白点、气泡、翻皮及夹杂

脱碳层检验表明，厚度大于8~30mm的扁钢，脱碳层为0.10～0.20mm，平均0.12mm。通过在入炉铸坯表面涂一层浆状物质，同时采用低温快速加热工艺，尽可能缩短加热时间，选用大坯料、大的总延伸系数等措施，使扁钢的脱碳层完全符合国标要求。

上述分析表明，弹簧扁钢的化学成分、力学性能、低倍组织、硬度以及脱碳层等指标均符合GB1222-84标准规定，完全可满足用户深加工的需要。扁钢试验情况见表4。

表4 扁钢试验情况万次

规格		脱碳层/mm
厚度＞8～30mm	范围	0.10～0.20
厚度＞8～30mm	平均值	0.12

5 结论

5.1 经过近两年的试制，目前60CrMnA弹簧扁钢产品质量稳定，可以满足汽车行业制造汽车总成的质量要求，各项指标符合GB1222-84。

5.2 在生产60CrMnA弹簧扁钢的过程中，采用拉碳法冶炼，LF精炼、喂丝，连铸采用保护浇铸、结晶器电磁搅拌，合理控制过热度、拉速，轧制选用合理的孔型系统和道次及轧后冷却等工艺措施，有效地解决了生产过程中出现的质量问题。生产实际证明该工艺是可行的。

5.3 目前60CrMnA弹簧扁钢炼钢合格率为98.6%，成品合格率为97.8%，成材率为93.2%，主要技术经济指标达到较高水平。

参考文献：
[1] 宋维锡.金属学[M].北京：冶金工业出版社.1984.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/23/2006)


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