一种弹簧扁钢的轧制和冷却方法

技术领域

本发明涉及弹簧扁钢的轧制和冷却方法。

背景技术

随着汽车轻量化、高性能化及铁路高速化的发展，将给高档次、高强度性能弹簧钢的需求带来较大增长空间，尤其是在汽车轻量化的催动下，对高强度弹簧扁钢的疲劳寿命提出了更高的要求，以及用户需要实现高效生产，则对高强度弹簧扁钢的硬度做出限制规定，可以实现剪切快速下料。

结合上述高强度弹簧扁钢材料的使用特性，结合当前的生产路线主要存在以下几点难度：

1、坯料原始表面脱碳较深且表面存在部分冶炼和冷却过程产生的缺陷，轧制后缺陷无法消除，同时表面的脱碳较深，难以达到用户的技术要求，对产品测试时，表面较深的脱碳处形成疲劳源造成断裂而失效；

2、为保证快速轧制以及生产能耗的降低，加热炉内为满载荷进钢，同时加热温度设置为高温，炉内氧化气氛也处于5％以上，整体加热制度对产品的组织和表面脱碳造成较大影响，不利于产品疲劳寿命的保障；

3、轧后冷却与前面加热炉节奏匹配，对此类高强度弹簧钢的生产，则产品出保温罩的速度偏快，冷却速度在2℃/s以上，材料整体硬度达390HB以上，同时通过内部超声探伤，存在达45％的内部裂纹缺陷，不能满足批量稳定高效的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种弹簧扁钢的轧制和冷却方法，对现有高强度弹簧扁钢的生产工艺进行改进，降低材料的脱碳层深度、改善组织缺陷、降低材料整体硬度，以期批量、稳定、高效的生产高强度弹簧扁钢。

本申请发明人通过对从坯料质量的规范、加热制度的特殊性和精确性、轧后冷却曲线的严格控制等方式上重点作出改进。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种弹簧扁钢的轧制和冷却方法，包括

A对原始坯料的质量稳定保证，对炼钢成分设计和内部质量已满足用户需求的坯料进行质量规范确保后续轧制各个环节控制的稳定性，本质量规范主要要求坯料表面无脱碳和炼钢原始裂纹、渣孔等缺陷，则对坯料的供应必须执行表面剥皮单边≥2mm，另进炉前再对表面进行复查，不合格的进行剔除，保证进炉坯料的质量合格。

B弹簧扁钢的钢坯轧制前的加热制度：

(B-1)各段加热温度参数为：均热段1000～1050℃，加热段Ⅱ980～1030℃，加热段Ⅰ900-1000℃，预热段≤850℃，保证开始轧制温度920-950℃，实现低温生产，达到晶粒细化，组织性能均匀，减少表面脱碳倾向性。

(B-2)加热速度：钢坯连续生产，步进式加热炉中，为最大化的减少表面脱碳，采用进一支空一步的方式进钢坯，较满载荷进料减少50％的加热时间，总加热时间≤95分钟。

(B-3)加热气氛：调整炉内煤气和氧气的比例调让炉内的残氧比例≤2％，同样减少表面的脱碳倾向性。

以上加热制度可使轧制的弹簧扁钢晶粒更细化，脱碳更浅，保证了高强弹簧扁钢的疲劳寿命。

C轧成型后的弹簧扁钢的冷却制度：通过对弹簧扁钢CCT曲线的测定，对冷却现场模拟试验出相应的冷却速度，之后确定冷却控制参数，该冷却控制参数为冷床保温罩盖与水平线的夹角，所述夹角的大小为30-40°，当冷床步进节奏与加热炉出钢节奏相匹配时，保证了产品在冷床的冷却速度≤1.1℃/s，进而让弹簧扁钢的硬度≤340HB，同时在此冷却速度下内部不会形成应力开裂。

与现有技术相比，本发明的优点在于：按照所述方法获得的弹簧扁钢的整体脱碳深度在0.05mm以下，轧后晶粒度达到8级以上，在连续生产的工况下，弹簧扁钢的硬度控制在≤340HB。

附图说明

图1为本发明设计的弹簧扁钢轧制产品的CCT曲线，指导生产冷却控制产品硬度和内部质量；

图2为本发明设计轧制的产品脱碳检验图，整体脱碳深度约0.05mm；

图3为本发明设计轧制的产品轧后的晶粒度组织。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例的弹簧扁钢的生产流程涉及：钢水冶炼、连铸获得连铸坯、连铸坯缓冷、连铸坯剥皮、入炉加热、热轧、控冷。弹簧扁钢的钢种不限于52CrMoV4、FAS3550等高强度级别的弹簧扁钢。本实施例中弹簧扁钢的AC3温度为790℃，AC1温度为743℃，可作为弹簧扁钢的典型相变温度，具有广泛应用的可靠性，参考意义大。

为了让高强度弹簧扁钢获得更浅的脱碳层、更小的硬度，确保生产产品质量稳定性，对弹簧扁钢的生产工艺作如下改进。

1、通过前期样品的测试数据和断口的检验，在轧制上主要影响疲劳寿命的为脱碳，则针对脱碳首先对原始坯料的质量情况进行确认，发现整体表面的脱碳层深度在1mm左右，同时表面存在少量渣孔等缺陷，则确定对此高强度弹簧扁钢的坯料进行处理，通过坯料剥皮机对单边剥皮大于2mm保证表面零脱碳和零缺陷，提供高表面质量的坯料；其次对加热制度的特殊性和精确性进行变革和控制，将该高强度弹簧扁钢的加热制度改为：①各段加热温度参数为：均热段1000～1050℃，加热段Ⅱ980～1030℃，加热段Ⅰ900-1000℃，预热段≤850℃，保证开始轧制温度920-950℃，实现低温生产，达到晶粒细化，组织性能均匀，减少表面脱碳倾向性；②加热速度：此为步进式加热炉，为最大化的减少表面脱碳，采用进一支空一步的方式进钢，较常规方式减少50％的加热时间，总加热时间≤95分钟；③加热气氛，通过炉内煤气和氧气的比例调整，使得炉内的残氧比例≤2％，同样减少表面的脱碳倾向性。以上加热制度可使轧制的弹簧扁钢晶粒更细化，脱碳更浅，保证了高强弹簧扁钢的疲劳寿命。

2、前期样品生产后的检验发现硬度在390HB，无法进行剪切下料，同时经手提内部超声检验内部存在45％的内部开裂缺陷，则对样品进行锯切送样，为解决此问题实现批量稳定生产，对轧后冷却曲线的进行严格控制，通过此钢种CCT曲线的测定，在现场模拟试验出相应的冷却速度，如表1所示，之后固化为精确的控制参数，主要为冷床保温罩盖到与水平线呈30-40°，步进节奏与加热炉出钢节奏相匹配，保证产品在冷床的冷却速度≤1.1℃/s，以保证产品的硬度≤340HB，同时在此冷却速度以下内部不会形成应力开裂。

表1

综上通过对坯料的规范和加热、冷却的工艺创新，应用到全流程的生产工艺中保证轧制产品的各项指标，实现了稳定、高效的生产。