一种高纯净弹簧扁钢及其冶炼方法技术

一种高纯净弹簧扁钢及其冶炼方法，生产工艺包括复吹转炉冶炼、炉后捞渣、钢包精炼、真空处理、连铸。钢的化学组成重量百分比为C=0.45%～0.49％，Si=1.20%～1.30％，Mn=1.35%～1.45％，P≤0.010％，S≤0.015％，Cr=0.60%～0.70％，Nb=0.02%～0.03％，Ni=0.10%~0.20%，B=0.0010%～0.0020％，Al=0.020%～0.030％，N=0.0095%～0.012％，Ca=0.0010%~0.0020%、Ti≤0.0025%，其余为Fe及不可避免的杂质。用本发明专利技术方法生产的高纯净弹簧扁钢连铸坯成分均匀，铸坯断面宏观偏析碳极差控制在0.03%以内，夹杂物含量极低且分布均匀，有害元素及气体含量极低：P≤0.008%、Ti≤0.002%、全氧≤8ppm。全氧≤8ppm。全氧≤8ppm。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯净弹簧扁钢及其冶炼方法


[0001]本专利技术属于黑色金属冶炼
，涉及一种高纯净弹簧扁钢及其冶炼方法。

技术介绍

[0002]弹簧扁钢是交通运输车辆、铁道车辆、拖拉机等运输工具和工程机械设备的重要零件用钢。用弹簧扁钢生产有这些部件主要承受车辆和机械设备上部的重量或起缓冲作用的，其使用环境恶劣，直接关系到机动车的性能和行车安全。所以对弹簧扁钢强度、疲劳极限及冲击韧性要求较高。随着经济的快速发展，能源短缺问题已成为制约汽车产业可持续发展的突出问题，低油耗、低排放的交通运输车辆和工程机械设备是节约型社会发展的最终需要，因此弹簧扁钢的生产企业和下游用户对弹簧扁钢的经济性和使用性能提出了较高的要求，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。
[0003]随着钢铁工业发展，工程技术人员对弹簧扁钢的性能设计和产品质量的生产控制技术都有了较高的认识。如通过增加C、Si、Mn、Cr等元素含量可以提高弹簧扁钢的强度和弹性极限，通过添加V、Ni等合金元素可以提高弹簧扁钢的冲击性能，进而提高提高产品的疲劳性能；在生产上可以通过控制产品的夹杂物含量、有害元素含量、表面缺陷和降低表面脱碳层深度等措施来提高产品的疲劳寿命。虽然弹簧扁钢的综合机械性能和疲劳寿命都有了较大的提高，但是的弹簧扁钢的经济性却没有明显改善，某种程度上反而增加的弹簧扁钢的生产成本和控制难度，如52CrMoV4这个钢种，该钢种的设计成本较高，理论上也具有较高的强度和疲劳性能，我们在生产这个钢种的时候，各项性能指标检测都满足标准要求，但是疲劳寿命却不理想。通过UT探伤发现该产品芯部存在缺陷，进一步通过金相分析发现产品心部存在微裂纹缺陷，且存在马氏体组织，最终确定导致该问题的根本原因为该产品轧制所使用的连铸坯存在心部偏析，铸坯心部碳含量较高，轧制后由于心部形成塑性较差的马氏体组织和残余应力没有得到合理的释放而产生心部延迟裂纹。
[0004]基于以上分析，现有弹簧扁钢的钢种成分设计和生产都没有充分考虑其经济性能，对轧制弹簧扁钢所使用的钢坯成本和内部质量控制重视程度不够，通过降低弹簧扁钢夹杂物含量、夹杂物尺寸、有害元素含量、宏观偏析和改善铸坯低倍组织均可以提高弹簧扁钢的疲劳寿命。而这些改善通常对现有设备参数优化和改变操作方法即可以实现，基本不需要增加设计成本或增加的成本很低，还可以进一步降低弹簧扁钢的设计成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种高纯净弹簧扁钢及其冶炼生产方法，可生产断面为280
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280mm的弹簧扁钢连铸坯，其轧制产品有害元素含量、氧化物夹杂及全氧含量极低，夹杂物尺寸细小均匀，碳含量宏观偏析较低，低倍组织致密均匀，轧制的弹簧扁钢产品客户加工处理后综合机械性能优良，疲劳寿命较高，经济性能较好。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种高纯净弹簧扁钢及其冶炼方法，生产工艺包括复吹转炉冶炼、炉后捞渣、钢包
精炼、真空处理、连铸。钢的化学组成重量百分比为C= 0.45%～0.49％，Si=1.20%～1.30％，Mn=1.35%～1.45％，P≤0.010％，S≤0.015％，Cr =0.60%～0.70％，Nb=0.02%～0.03％，Ni=0.10%~0.20%，B=0.0010%～0.0020％，Al=0.020%～0.030％，N=0.0095%～0.012％，Ca=0.0010%~0.0020%、Ti≤0.0025%，其余为Fe及不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：（1）转炉冶炼：转炉原料装入的铁水废钢比≥7:3；终点采用低拉碳工艺；出钢终点控制C=0.04～0.08％、P=≤0.008%，、活度氧不大于500ppm，出钢温度、1580~1620℃；出钢采用下渣红外线自动检测+滑板自动挡渣控制，控制钢包顶渣厚度不大于50mm；出钢过程不加入任何脱氧剂和合金；（2）炉后捞渣：出钢完成后钢包吊入捞渣工位进行捞渣操作，拉渣量≥90%，控制捞渣时间不大于20min，捞渣后钢水P含量不大于0.007%；（3）钢包精炼：钢包炉进站后先加入硅铁200kg和喂入铝线800m进行复合沉淀脱氧，然后进行送电升温，升温过程进行造渣脱氧、脱硫，造渣过程加入铝丸进行扩散脱氧，扩散脱氧剂用量不小于0.7kg/t钢，精炼中期进行合金化操作，钢水Al含量一次调整到位，精炼后期严禁补喂铝线，终渣二元碱度CaO/SiO2控制在7~9，出站前喂钙线不小于1.5m/t钢进行夹杂物变性处理；（4）真空处理：RH炉抽真空到0.5tor以下保持时间不小于15min，破空后先软吹10~12min，再静止10~15min上台浇注；（5）连铸：连铸大包到中包采用长水口加密封垫圈并进行吹氩保护，中包熔池深度控制在900~1100mm，中包钢水重量控制在47~52t，中包采用碱性覆盖剂保护；结晶器采用整体式浸入水口，水口浸入深度为90~120mm，采用高碳钢专用保护渣保护浇注，正常浇注中包钢水过热度10～20℃；控制结晶器液面波动≤
±
3mm，连铸典型拉速0.82m/min，一冷水量2800L/min，二次冷却比水量0.32L/kg，结晶器和末端电磁搅拌参数分别为250A、2.5Hz和400A、8Hz，铸坯轻压下采用2~5辊，总压下量≥12mm，铸坯断面尺寸为280mm
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280mm。
[0007]专利技术原理：提高弹簧扁钢材料在高硬度区域中的特性—改善腐蚀疲劳强度和延迟断裂强度。随着弹簧扁钢硬度的增加，缺口敏感性会提高，当存在夹杂物和缺陷时，在腐蚀环境下，表层容易发生应力集中的侵蚀穴，引起疲劳强度有急剧下降的趋势。为了改善腐蚀疲劳强度，添加Ca和Ni是很有效的办法，这一点已被确认。经过腐蚀实验后证实：添加Ni的钢能够抑制侵蚀穴的生成，并且随着Ni添加量的增加，生成的侵蚀穴有变浅的趋势，在经过调查后也表明了添加了Ni的钢，其侵蚀穴的深宽比的最大值和平均值都比SUP7减小，而且从形状来看，也有利于改善腐蚀疲劳特性。
[0008]要改善延迟断裂强度的很重要的一点是强化晶界。方法有四：
①ꢀ
用碳化物和析出物对扩散性氢进行收集；
②
采用较低的回火温度；
③
添加B来净化晶界和添加Nb使晶粒细化，防止晶界断裂；
④
降低最终C含量以抑制晶界断裂。
[0009]成分设计是新产品开发的前提和基础，通过查阅相关资料，对弹簧扁钢材料中的主要化学元素的作用进行了分析。
[0010]1）碳是弹簧钢材料的主要强化元素，它溶解于钢中形成间隙固溶体，起固溶强化作用，它还与合金元素形成碳化物，碳化物的析出，起析出硬化作用。含碳量过高，塑性、韧性降低，易发生脆断，疲劳抗力也下降。过去弹簧钢材料的碳含量一般在0.6%作用，目前研
发了一些碳含量在0.35%~0.45%低碳弹簧钢，其试验结果表明，性能令人满意，为了兼顾弹簧扁钢的强度和疲劳寿命，本专利技术设计碳含量取中间值控制。
[0011]2）为了控制设计成本，本专利技术采用Si、Mn 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯净弹簧扁钢的冶炼方法，生产工艺包括复吹转炉冶炼、炉后捞渣、钢包精炼、真空处理、连铸，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C= 0.45%～0.49％，Si=1.20%～1.30％，Mn=1.35%～1.45％，P≤0.010％，S≤0.015％，Cr =0.60%～0.70％，Nb=0.02%～0.03％，Ni=0.10%~0.20%，B=0.0010%～0.0020％，Al=0.020%～0.030％，N=0.0095%～0.012％，Ca=0.0010%~0.0020%、Ti≤0.0025%，其余为Fe及不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：（1）转炉冶炼：转炉原料装入的铁水废钢比≥7/3；终点采用低拉碳工艺；出钢终点控制C=0.04～0.08％、P=≤0.008%，、活度氧不大于500ppm，出钢温度、1580~1620℃；出钢采用下渣红外线自动检测+滑板自动挡渣控制，控制钢包顶渣厚度不大于50mm；出钢过程不加入任何脱氧剂和合金；（2）炉后捞渣：出钢完成后钢包吊入捞渣工位进行捞渣操作，拉渣量≥90%，控制捞渣时间不大于20min，捞渣后钢水P含量不大于0.007%；（3）钢包精炼：钢包炉进站后先加入硅铁200kg和喂入铝线800...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庚朝，张成元，郑健，张群琥，刘建，杨奇军，王旭冀，杨建华，李建宇，
申请(专利权)人：湖南华菱湘潭钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：