深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条及其制备方法与流程

本发明属于弹簧钢技术领域，具体涉及一种深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条其制备方法。

背景技术：

弹簧作为非常重要的减震和功能部件，被广泛的应用于汽车制造业和日常生活中，是一种高附加值的产品，市场需求量非常大。据统计，弹簧的需求将持续增长，其中零部件用弹簧钢需求也将同步增长。例如德国弹簧工业协会(vdfi)的统计数字，除供应商之外，其弹簧钢行业62％的买家来自汽车行业。在日本，汽车、摩托车所用弹簧占弹簧钢生产总量的65％左右。因此，汽车工业的强劲发展，必然带动中国汽车零部件用钢产业的大力发展。现有弹簧牌号主要有65mn、60si2mna、55sicr等，分别属于cr-v系、cr-mn系、si-mn系等等，具有淬透性好、强度高、疲劳性能优良等优点，被广泛应用于各种不同用途的弹簧生产中。

弹簧钢丝依据用途可分为冷拉弹簧钢丝、油淬火回火钢丝，二者都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。依据强度级别、载荷类型和直径范围可分为低抗拉强度弹簧钢丝、中等抗拉强度弹簧钢丝、高抗拉强度弹簧钢丝，65mn冷拉弹簧钢丝属于高抗拉强度弹簧钢丝。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高，表面光洁，无氧化和脱碳缺陷，疲劳寿命比较稳定，是使用广泛的弹簧钢丝。其用途主要有冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧，如减震器的弹簧钢丝、做悬挂簧的弹簧钢丝、做发动机气门的弹簧钢丝及做相机快门的弹簧钢丝等等。冷卷弹簧用的钢丝，这类弹簧冷卷成型后不经热处理或只经低温加热后应用，主要是碳素弹簧钢丝。

盘条制备冷拉弹簧钢丝传统工艺为：盘条→酸洗→磷化→拉拔→热处理(铅浴处理或淬火+中温回火)→拉拔→成品，然而目前较多用户的65mn盘条拉拔弹簧钢丝的生产工艺发生改变，省略了中丝热处理步骤，工艺变为：盘条→酸洗→磷化→皂化→拉拔→成品。而省略了热处理后的直拉生产工艺，对盘条洁净度、心部组织致密性、晶粒度、表面质量等指标提出了更高的要求，目前的盘条难以满足直拉生产工艺要求，盘条拉拔断丝率高、无法实现深拉拔。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条及制备方法，通过一定的成分添加与多组成分优化后，其深拉拔性能得到提高与改善，配合制备工艺的改进，解决了电炉冶炼深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条，在省略了热处理后的直拉生产工艺中出现的拉拔断丝率高、无法实现深拉拔的问题。

本发明第一方面提供了一种深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条，以质量百分比计，所述深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条成份包括：c：0.60-0.67％，si：0.2-0.3％，mn：0.8-1.2％，p≤0.02％％，s≤0.02％，cu：0-0.2，as：0-0.020％，sn：0-0.010％，cr：0-0.1％，o≤0.0020％，n≤0.0070％，余量为fe。

优选的，所述深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条的索氏体率在85～95％。

本发明第二方面提供了上述深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条的制备方法，步骤包括：

s1、电炉冶炼：全程纯氧冶炼，使用低n增碳剂增碳，电炉终点控制c：0.06％～0.10％，电炉出钢加入脱氧剂，得到水氧活度≤20×10^-6的钢水；

s2、lf炉精炼：将s1所得钢水进行lf炉精炼，控制出lf钢水氧活度≤10×10^-6；

s3、连铸：控制中心碳偏析指数为1.00-1.15得到满足权利要求1所述化学成分要求的钢坯；

s4、钢坯经加热炉加热后轧制，轧制后控制冷却得产品，所述轧制包括：控制开轧温度为1000℃-1030℃、预精轧轧机入口温度为880℃-900℃，预精轧后冷却，然后精轧，精轧入口温度为850℃-930℃，进减定径温度850℃-880℃，吐丝温度为860℃-900℃。

优选的，步骤s1中，采用铝块作为脱氧剂；步骤s2中，lf炉内采用碳化硅和铝粒联合脱氧，炉渣碱度控制为3.0-3.5。

优选的，步骤s2中，lf炉精炼完成后采用vd炉进行真空处理，所述真空处理条件为：压力≤67pa，保压时间10-30min。

优选的，步骤s3中，所述连铸采用三流浇铸、四流浇铸，过热度控制15-35℃；三流浇铸对应拉速为1.8-2.2m/min，四流浇铸对应拉速为1.6-2.0m/min。

优选的，步骤s4中，所述加热炉加热包括：控制均热段温度1050-1100℃，钢坯头尾温度偏差控制0-20℃，钢坯中心与表面温度偏差控制0-30℃，加热炉内按微还原性气氛控制，在炉时间1.5-2.5h。

优选的，步骤s4中，加热后采用高压水除磷，除磷水压力＞18mpa，除磷后进行所述轧制。

优选的，步骤s4中所述控制冷却包括：采用斯太尔磨风冷线冷却，吐丝后开启风机，风机后加盖保温罩缓冷，搭接点位置入罩温度控制在550-580℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用的电炉冶炼、lf炉精炼、连铸工艺的控制，使得深拉拔用盘条的纯净度下降至5-12ppm，钢质纯净度的水平得到大幅度提高。

(2)本发明严格控制电炉和lf炉工艺，将深拉拔用盘条钢种n含量控制在70ppm以内，满足普通65mn盘条拉拔的要求。并且本发明的深拉拔产品能够实现免vd炉生产，降低了生产成本。

(3)本发明通过调整化学成分与控轧控冷工艺有机结合，克服了电炉冶炼残余元素、n含量对强度的影响，实现抗拉强度与索氏体率的协同。

(4)本发明提供的高温吐丝的盘条索氏体率在1-1.5级以上(90-95％)。高温吐丝工艺下盘条的平均抗拉强度比低温吐丝工艺下的平均抗拉强度高20mpa。通过降低加热温度、开轧温度，面缩率有所提升，尾部面缩率提升明显。

(5)本发明提供的盘条能够适应用户省略了热处理后的直拉生产工艺，降低盘条拉拔断丝率，能够实现深拉拔，具有良好的应用前景。

附图说明

图1a、图1b和图1c是本发明实施例中65mn弹簧钢盘条的金相组织和边部脱碳情况示意图，图1a、图1b和图1c中左上角标尺为30μm。

图2a、图2b和图2c是本发明实施例中65mn弹簧钢盘条的珠光体片层间距示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明提供了一种深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条，以质量百分比计，所述深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条成份包括：c：0.60-0.67％，si：0.2-0.3％，mn：0.8-1.2％，p≤0.02％％，s≤0.02％，cu：0-0.2，as：0-0.020％，sn：0-0.010％，cr：0-0.1％，o≤0.0020％，n≤0.0070％，余量为fe。

优选的，所述深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条的索氏体率在85～95％。

本发明第二方面提供了上述深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条的制备方法，步骤包括：

s1、电炉冶炼：全程纯氧冶炼，使用低n增碳剂增碳，电炉终点控制c：0.06％～0.10％，电炉出钢加入脱氧剂，得到水氧活度≤20×10^-6的钢水；

s2、lf炉精炼：将s1所得钢水进行lf炉精炼，控制出lf钢水氧活度≤10×10^-6；

s3、连铸：控制中心碳偏析指数为1.00-1.15得到满足权利要求1所述化学成分要求的钢坯；

s4、钢坯经加热炉加热后轧制，轧制后控制冷却得产品，所述轧制包括：控制开轧温度为1000℃-1030℃、预精轧轧机入口温度为880℃-900℃，预精轧后冷却，然后精轧，精轧入口温度为850℃-930℃，进减定径温度850℃-880℃，吐丝温度为860℃-900℃。

下面将结合具体实施例对本发明提供的深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条及其制备方法进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种深拉拔冷拉弹簧钢丝用盘条及其制备方法。通过电炉冶炼、lf炉精炼、连铸、加热炉加热、轧制、控制冷却等步骤轧制成热轧盘条。具体生产步骤为：废钢分选→电炉→lf→vd→连铸150方坯→检验→150mm×150mm坯料→加热→高压水除鳞→粗轧机组→中轧机组→预精轧机组→水箱→精轧机组→水箱→减定径机组→水箱→吐丝机→斯太尔摩冷却→集卷→p&f线→剪头、尾→质检、取样→打捆→称重→标识→卸卷→入库。其具体的生产工艺如下阐述：

电炉冶炼：采用出钢挡渣，使炉渣不进入钢包中；电炉出钢加入铝块作为脱氧剂。出钢后进行顶渣改质，降低渣中(feo)、(mno)含量，要求进lf钢水氧活度≤20×10^-6。减少电炉增氮方面，通过合理喷碳，造好泡沫渣；避免弧光裸露减少增氮。全程纯氧冶炼。在增碳过程中使用低n增碳剂增碳。电炉终点控制c重量百分比：0.06％～0.10％。

lf炉精炼：lf采用碳化硅和铝粒联合脱氧，炉渣碱度控制在3.0-3.5，确保白渣精炼。lf进出站调整炉渣流动性，以钢液翻动而不裸露钢水。要求出lf钢水氧活度≤10×10^-6。保证软吹时间十分钟。

vd炉：根据需要选择是否采用vd炉进行真空处理，省略vd炉步骤也可得到满足普通65mn盘条拉拔的要求产品。采用vd炉进行真空处理时，条件为：压力≤67pa保压时间10min-30min。

连铸：采用三流浇注和四流浇铸时分别采用不同拉速，过热度控制15-35℃；三流的拉速为1.8-2.2m/min，四流的拉速为1.6-2.0m/min，控制中心碳偏析指数为1.00-1.15得到满足化学成分要求的钢坯。

钢坯加热炉加热：均热段温度1050-1100℃，控制各段温度，不得出现过热、过烧等现象；钢坯头、尾温度偏差控制0-20℃；坯料中心与表面温度偏差控制0-30℃；控制好炉内气氛，空煤比控制范围在9:1～12:1之间，使炉内按微还原性气氛控制，遏制炉内钢坯表面氧化加剧。开启高压水除鳞，除磷水压力＞18mpa,确保表面氧化铁皮去除干净。严格在炉时间1.5-2.5小时。

轧制：控制开轧温度为1000℃-1030℃、预精轧轧机入口温度为880℃-900℃。预精轧后、精轧前采用水箱-回复段-水箱-回复段两段交替水冷冷却，使得精轧入口温度为850℃-930℃，进减定径温度850℃-880℃，吐丝温度为860℃-900℃，以达到低温吐丝、防止晶粒异常长大的目的。

控制冷却：采用斯太尔磨风冷线冷却过程中，吐丝后开启风机，风机后3m处开始加盖保温罩缓冷，搭接点位置入罩温度控制在550-580℃。

在下面的示例中，严格按照上述65mn弹簧钢的生产工艺，生产试制了65mn弹簧钢4炉。前两炉的工艺为eaf→lf→vd→ccm，分别命名为样品一、样品二；后两炉为非真空处理，工艺为eaf→lf→ccm，分别命名为样品三、样品四。所得各炉次钢经检验后各项指标如表1、表2以及图1a至图2c所示。

表1各炉65mn弹簧钢的化学成份

由表1可以看出，采用真空处理炉次的氮含量比不采用真空处理的氮含量低10ppm左右。免vd炉实验可将65mn钢种n含量控制在70ppm以内，满足普通65mn盘条拉拔的要求。深拉拔产品可在一定条件下免vd炉生产，降低生产成本。

表2c元素的中心偏析情况

通过三点取样对铸坯中心c、s、mn的化学成分进行分析，所对应的偏析程度如表2所示，碳偏析指数最大为1.09。

表365mn弹簧钢盘条化学成分

轧制后，65mn弹簧钢盘条成分如表3所示。

将1#、2#、3#三种规格，每个规格取一圈盘条，每圈做7个拉伸，对应编号1-7的结果，表4展示的为φ6.5mm盘条结果，其他规格盘条与之相似。

表465mn弹簧钢φ6.5mm盘条力学性能结果

由表3、表4和图1a到图2c可以看出，通过调整化学成分与控轧控冷工艺有机结合，实现了抗拉强度与索氏体率的协同。盘条索氏体率均在1级，即游离铁素体极少。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。