一种提高小规格弹簧钢盘条通条性能的生产工艺

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，涉及一种提高小规格弹簧钢盘条通条性能的生产工艺，具体的说是为减少小规格弹簧钢盘条性能波动而设计的一种生产方法。

背景技术

弹簧钢盘条在制作油淬火钢丝之前通常需要进行近30％减面率的拉拔，弹簧钢盘条强度高，若其拉伸性能波动大将给拉拔加工造成较大困扰，影响生产稳定性。所以，需要减小弹簧钢盘条性能波动、提高弹簧钢盘条通条性能。

另一方面，弹簧钢由于碳含量较高且含有较多的合金元素，尤其Si含量高，有强烈的脱碳倾向，弹簧钢表面脱碳后，对强度、表面硬度、疲劳性能均有不利影响。因此需要减少弹簧钢脱碳，减少弹簧钢脱碳通常从钢坯加热和盘条冷却两方面控制，钢坯加热对弹簧钢脱碳影响更大，因此需要缩短加热时间、降低加热温度。

步进式加热炉与推钢式加热炉相比，加热过程中钢坯表面质量更好，现代轧钢厂基本都采用步进式加热炉进行钢坯加热，步进式加热炉的步进梁由动梁和静梁组成，步进梁内有循环冷却水。弹簧钢通过步进式加热炉加热，钢坯两端靠近炉墙和煤气烧嘴、炉墙辐射传热和气体对流传热条件好，所以温度较钢坯中间部位高，由于弹簧钢要减少脱碳，所以钢坯需要缩短加热时间、降低加热温度，由此带来钢坯温度不均匀现象，尤其是钢坯与步进梁接触的部位受梁内的冷却水影响温度更低，通常弹簧钢钢坯出炉经高压水除鳞后、钢坯两端与中间的温差达到100℃以上，出炉后钢坯中间的表面温度有时甚至都不到850℃，对于轧机负荷、轧制张力控制、料形尺寸控制、钢坯内部缺陷变形焊合均有不利影响。

现有技术的加热工艺主要采用提高加热温度、延长加热时间的方式减小钢坯的加热温差，而该方法对于脱碳敏感的弹簧钢55SiCrA不适用。

热轧盘条的高速线材常规生产工艺仅仅依据高温计测温进行控制，未考虑实际的不同位置、芯表温度差对盘条组织、性能的影响。Φ8.0～14.0mm、Φ15.0～25.0mm中、大规格轧制速度相对较慢，且坯料尺寸较大、储存的热量相对较多，穿水冷却过程对坯料温度影响相对较小。而Φ5.5mm、Φ6.5mm小规格线材终轧速度可以达到120m/s，吐丝速度极快导致吐丝后线圈堆叠密度高，线圈与输送辊道搭接处的线圈堆叠紧密且空气流动受阻，该搭接处不易散热，因此，盘圈各位置降温速率差异大、表现为盘圈各位置温差大，导致同圈上不同位置显微组织存在差异，所以性能也存在差异。盘圈与辊道搭接处冷却速率慢，铁素体晶粒、珠光体片间距相对非搭接处要大一些，所以搭接处盘条的强度、塑性、硬度较非搭接处要低一些。且弹簧钢55SiCrA由于含有较多的Si、Mn、Cr合金元素，组织、性能受温度波动影响较碳素钢更为敏感。对于Φ5.5mm、Φ6.5mm小规格55SiCrA弹簧钢盘条，采用现有技术的传统控温工艺，一批次中抗拉强度波动差值达到80～130MPa、硬度HBW波动差值达到20～35HBW。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种提高小规格(小规格的范围为Φ5.5mm～Φ6.5mm)弹簧钢盘条通条性能的生产工艺，基于步进式加热炉，在减少脱碳采用短时低温加热的条件下，提高钢坯中间部位温度、缩小与两端温度差、提高整支钢坯的温度均匀性，保证钢坯头、中、尾温度均匀。因此得到通条性能波动小的弹簧钢热轧盘条，解决小规格弹簧钢盘条同圈温度差大、通条性能波动大，以及难以同时实现低脱碳的问题。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种提高小规格弹簧钢盘条通条性能的生产工艺，所述生产工艺为：钢坯入炉→加热→粗中轧→预精轧→精轧→吐丝→控冷，具体工艺步骤如下：

(1)钢坯入炉：辊道转动输送钢坯入炉，采用空步距方式装钢；

(2)加热：钢坯进入三段步进式蓄热加热炉后，首先进入预热段，通过调节煤气和空气流量阀开度控制预热段炉膛温度在600～800℃，空燃比控制在0.4～0.6，钢坯经过预热段的时间为35～45min。钢坯经预热段升温后通过步进梁周期动作进入加热段，加热段的炉膛温度控制在850～950℃，空燃比控制在0.4～0.6，钢坯经过加热段的时间为25～35min。同样，钢坯经加热段升温后通过步进梁周期动作进入均热段，均热段炉膛温度控制在1000～1100℃，空燃比控制在0.4～0.6，钢坯经过均热段的时间为25～35min。

进一步地，步骤(1)空步距方式装钢具体为：一支钢坯入炉后，其后一支不推送到入炉辊道上，待步骤(2)的步进梁动作一个周期后其后一支再入炉，即每进一支坯料后空一格步距，有利于钢坯周围的气体对流传热、钢坯中间部位可吸收到更多热量。

进一步地，步骤(2)预热段、加热段、均热段的步进梁由动梁和静梁组成，步进梁内部有循环冷却水，动梁通过液压动力托起静梁上的钢坯前进到位后，进行短暂停留后(5～10秒)动梁再下降放下钢坯在静梁上然后后退到位，动梁停留可延长钢坯与动梁的接触时间、缩短与静梁的接触时间，使钢坯与步进梁的接触时间尽可能平均，减少梁内冷却水对钢坯局部温度的影响。

上述步骤(1)、步骤(2)采用空步距方式装钢，且步进梁的动梁上升托起静梁上的钢坯前进到位后停留5～10秒后再下降放下钢坯在静梁上然后后退到位，从而优化对流传热和接触传热，对改善加热炉内钢坯温度均匀性有突出效果。

进一步地，步骤(2)加热段温度优选为900～950℃、均热段温度优选为1050～1100℃。

进一步地，步骤(2)加热炉的煤气和空气流量增压泵开度均控制在60～100％，保证气体压力达到15kPa以上、喷射火焰长度不低于4m，炉墙、炉顶的温差控制在20℃以内，保证钢坯头、中、尾温度均匀，有利于后续轧制过程中坯料的通条温度均匀，从而确保吐丝成圈后盘条的通条温度均匀。

(3)钢坯经均热段缓慢加热均匀稳定温度后，由步进梁托起钢坯到出炉辊道上，辊道转动输送钢坯出炉；钢坯出炉经高压水除鳞后开轧温度为930～1030℃，随后坯料以900～980℃经过粗中轧。

进一步地，步骤(3)高压水除鳞装置后安装有高温计，测量整支钢坯出炉除鳞后的温度。

进一步地，步骤(3)开轧温度优选为960～1000℃、粗中轧温度优选为930～960℃。

进一步地，步骤(3)高压水除鳞压力不低于16MPa，钢坯头、中、尾温差控制在20℃以内。

(4)随后坯料以880～940℃经过预精轧机组，轧后通过Zone1水箱降温、经过回温导槽均匀温度后坯料到达精轧机组；

进一步地，步骤(4)预精轧温度优选为900～920℃；

进一步地，步骤(3)、(4)粗中轧和预精轧合计需要完成总变形量的95％以上；

进一步地，步骤(4)Zone1水箱是指第1组水箱，包括2个：1#、2#，只开启1#水箱、关闭2#水箱，通过调节1#水箱流量控制后续坯料到达精轧机组的温度，控制坯料到达精轧机组时的温度为830～870℃，关闭2#水箱有利于坯料强穿水后(冷却速度可以达到约50℃/s)的回温，从而保证坯料的芯、表温度均匀。

(5)随后坯料以830～870℃经过精轧机组轧制为成品规格，通过Zone2(第2组包括3个：3#、4#、5#)和Zone3(第3组包括2个：6#、7#)水箱降温、经过回温导槽均匀温度后线材到达吐丝机；

进一步地，步骤(5)精轧温度优选为840～860℃；

进一步地，步骤(5)Zone2水箱只开启3#水箱、关闭4#、5#水箱，Zone3水箱的6#、7#水箱全部关闭；通过调节3#水箱流量控制后续盘条的吐丝温度，关闭4#、5#、6#、7#水箱有利于线材成品强穿水后的回温，从而保证其芯、表温度均匀。

(6)盘条的吐丝温度控制在850～890℃；

进一步地，步骤(6)吐丝温度优选为860～880℃。

(7)吐丝成圈后盘条在斯太尔摩辊道上，通过设置辊道速度参数、开启和关闭保温罩、开启斯太尔摩风机使盘条入罩温度控制在660～700℃、出罩温度不高于630℃，通过调节风量分配器使盘条入罩前同圈温度差控制在30℃以内。

进一步地，步骤(7)盘条入罩温度优选为670～690℃；

进一步地，步骤(7)斯太尔摩辊道速度设置为25～35m/min，开启2～4个保温罩，开启2～4台功率为2×10

本发明得到的弹簧钢盘条化学成分按照质量百分数计，配比为C：0.51～0.59％，Si：1.20～1.60％，Mn：0.50～0.80％，Cr：0.50～0.80％，Ni≤0.35％，Cu≤0.25％，Al≤0.025％，P≤0.025％，S≤0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明采用空步距方式装钢，加热时优化对流传热和接触传热，对改善加热炉内钢坯温度均匀性。通过控制煤气和空气增压泵开度控制气体喷射长度，以此保证火焰长度使加热炉温度均匀，从而保证钢坯头、中、尾温度均匀，利于后续轧制过程中坯料的通条温度均匀，从而确保吐丝成圈后盘条的通条温度均匀；通过合理开启各组水箱和回温导槽以保证轧件芯、表温度均匀；通过设置风量分配器开度保证盘条在冷却过程中同圈各位置温度均匀。上述措施可有效减小弹簧钢盘条性能波动，从而得到通条性能波动小的弹簧钢热轧盘条，解决小规格弹簧钢盘条同圈温度差大、通条性能波动大的问题。

本发明的有益效果在于：本发明通过上述工艺，实现弹簧钢坯以较短时间、较低温度加热，从而保证后道轧制盘条较浅的脱碳层，同时解决性能波动大的问题。生产的小规格弹簧钢盘条，能够保证盘条的通条抗拉强度波动不超过20MPa，硬度波动不超过5HBW，同时总脱碳层深度不超过0.03mm，达到≤0.5％D的优异脱碳。满足下游弹簧钢丝生产厂家的拉拔加工效果和使用性能，提高生产稳定性和产品总体性能。

具体实施方式

本发明下面结合钢坯化学成分C：0.55％、Si：1.45％、Mn：0.69％、Cr：0.74％、Ni：0.08％、Cu：0.06％、Al：0.03％、P：0.007％、S：0.003％，成品规格Φ5.5mm的小规格弹簧钢盘条、在小规格专用产线(加热炉总长度26m、总步距100步)的生产实施进行说明。

实施例1

1、钢坯入炉

提前通过丝杆调节钢坯定位装置，保证钢坯在入炉辊道上、加热炉内段定位准确到位，行车将钢坯放置在上料台架上，通过推钢机将台架上的钢坯推送到入炉辊道上，辊道转动输送钢坯入炉。一支钢坯入炉后，其后一支不推送到入炉辊道上，待步进梁动作一个周期后其后一支再入炉、产生一个空步。

2、加热

钢坯进入三段步进式蓄热加热炉后，首先进入预热段，通过调节煤气和空气流量阀开度控制预热段炉膛温度在600～800℃，空燃比控制在0.4～0.6，钢坯经过预热段的时间为40min；钢坯经预热段升温后通过步进梁周期动作缓慢进入加热段，加热段的炉膛温度控制在900～950℃，空燃比控制在0.4～0.6，钢坯经过加热段的时间为30min；同样，钢坯经加热段快速升温后通过步进梁周期动作缓慢进入均热段，均热段炉膛温度控制在1050～1100℃，空燃比控制在0.4～0.6，钢坯经过均热段的时间为30min。由动梁和静梁组成的内部有循环冷却水的步进梁动作过程中，动梁通过液压动力托起静梁上的钢坯前进到位后，进行8秒停留后动梁再下降放下钢坯在静梁上然后后退到位。加热炉的煤气和空气流量增压泵开度均为80％，气体压力达到18kPa，喷射火焰长度5m，炉墙、炉顶的温差控制在15℃以内。

3、粗中轧

钢坯经均热段缓慢加热均匀稳定温度后，由步进梁托起钢坯到出炉辊道上，辊道转动输送钢坯出炉，钢坯出炉经18MPa高压水除鳞后开轧温度为960～1000℃，钢坯头、中、尾温差控制在20℃以内，随后坯料以930～960℃经过粗中轧。

4、预精轧

随后坯料以900～920℃经过预精轧机组，轧后通过Zone1水箱降温、经过回温导槽均匀温度，Zone1水箱只开启1#水箱、关闭2#水箱，通过调节1#水箱流量控制后续坯料到达精轧机组的温度，粗中轧和预精轧合计需要完成总变形量的97％。

5、精轧

随后坯料以840～860℃经过精轧机组轧制为成品规格，通过Zone2和Zone3水箱降温、经过回温导槽均匀温度后线材到达吐丝机，Zone2水箱只开启3#水箱、关闭4#、5#水箱，Zone3水箱的6#、7#水箱全部关闭。

6、吐丝

盘条的吐丝温度控制在860～880℃。

7、控冷

吐丝成圈后盘条在斯太尔摩辊道上，辊道速度设置为30m/min，开启3个保温罩，开启3台功率为2×10

实施例2

实施例2与实施例1相比，钢坯在加热炉中预热段加热时间35min，加热段加热时间25min，均热段加热时间25min，高压水除鳞压力17MPa，其他操作与实施例1相同。

对比例1

对比例1与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤1钢坯间隔入炉替换为连续入炉，即不产生空步，其他条件同实施例1。

对比例2

对比例2与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤2动梁托起静梁上的钢坯前进到位后的短暂停留后动作去除，即动梁前进到位后立即下降放下钢坯在静梁上然后后退到位，其他条件同实施例1。

对比例3

对比例3与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤4预精轧后2#水箱状态由关闭替换为开启，其他条件同实施例1。

对比例4

对比例4与实施例1相比，主要区别在于：将实施例1步骤4精轧后4#、5#、6#、7#水箱状态由关闭替换为开启，其他条件同实施例1。

对比例5

步骤1-6同实施例1，

7、控冷：吐丝成圈后盘条在斯太尔摩辊道上，辊道速度设置为30m/min，开启3个保温罩，开启3台功率为2×10

对比例6

对比例6与实施例1相比，将实施例1步骤1钢坯间隔入炉替换为连续入炉，即不产生空步；将实施例1步骤2动梁托起静梁上的钢坯前进到位后的短暂停留后动作去除，即动梁前进到位后立即下降放下钢坯在静梁上然后后退到位；将实施例1步骤2煤气和空气流量增压泵关闭；预热段炉膛温度为700～900℃，加热段炉膛温度为980～1050℃，均热段炉膛温度为1100～1160℃，其他操作与实施例1相同。

通过提高加热温度改善钢坯温度均匀性，稳定效果差于实施例1，而且脱碳恶化。

对比例7

对比例7与实施例1相比，将实施例1步骤1钢坯间隔入炉替换为连续入炉，即不产生空步；将实施例1步骤2动梁托起静梁上的钢坯前进到位后的短暂停留后动作去除，即动梁前进到位后立即下降放下钢坯在静梁上然后后退到位；将实施例1步骤2煤气和空气流量增压泵关闭；钢坯在加热炉中预热段加热时间50min，加热段加热时间50min，均热段加热时间50min，其他操作与实施例1相同。

通过延长加热时间改善钢坯温度均匀性，稳定效果差于实施例1，而且脱碳恶化。

本发明实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6、对比例7生产的Φ5.5mm小规格弹簧钢盘条(各3批次，一批次取3卷、每卷在一圈上按“十”字形取4支试样，一批次共取12支)抗拉强度、硬度HBW波动和总脱碳层深度结果对比如表1。

表1Φ5.5mm小规格弹簧钢盘条抗拉强度、硬度HBW波动和总脱碳层深度

本发明实施例通过改变加热炉内钢坯的布置方式改善气体对流传热和钢坯吸热条件，通过交替变换钢坯与步进梁动梁、静梁的接触位置减小梁内冷却水对接触处钢坯温度的影响，提高了钢坯中间部位的温度、缩小了钢坯中间部位与两端的温度差、提高了整支钢坯的温度均匀性；通过控制煤气和空气增压泵开度控制气体喷射长度，以此保证火焰长度使加热炉温度均匀，从而保证钢坯头、中、尾温度均匀，利于后续轧制过程中坯料的通条温度均匀，从而确保吐丝成圈后盘条的通条温度均匀；通过合理开启各组水箱和回温导槽以保证轧件芯、表温度均匀；通过设置风量分配器开度保证盘条在冷却过程中同圈各位置温度均匀。所以获得的Φ5.5mm小规格弹簧钢盘条的通条抗拉强度波动可控制在20MPa以内、硬度波动可控制在5HBW以内，同时总脱碳层深度不超过0.03mm，达到≤0.5％D的优异脱碳。而对比例获得的Φ5.5mm小规格弹簧钢盘条通条均匀性波动大或脱碳层深。故实施例生产的Φ5.5mm小规格弹簧钢盘条能够更好地满足下游弹簧钢丝生产厂家的拉拔加工效果和使用性能，提高生产稳定性和产品总体性能。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。