一种高强度耐疲劳的60Si2MnA弹簧钢制备方法与流程

0 .15％～ 0 .25％、p≤0 .02％、s≤0 .015％、其余为fe和不可避免杂质。该方法生产的弹簧钢没有显示采用铝脱氧，但钢中的硫磷含量高，lf精炼还原渣脱硫不充分，脱硫去夹杂效果不显著。
7.(3) 专利申请号2021113695136，公开了一种“一种车辆减震弹簧钢65mn盘条生产工艺”，该发明公开了一种车辆减震弹簧钢65mn盘条生产工艺，减震弹簧钢65mn盘条化学成分按重量百分比计为：c:0 .62%～0 .68%，si：0 .17%～0 .30%，mn：0 .90%～1 .00%，p：≤0 .015%，s：≤0 .015%，其余为fe及不可避免的杂质。生产工艺包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、lf精炼、连铸、方坯加热、高线机组轧制、斯太尔摩控冷。该发明运用了高线机组，把钢坯高温轧制成盘条，采用8 4机型的精轧机、减定径机组。通过优化轧制前的加热制度、控制轧制、控制冷却工艺，降低了盘条的表面脱碳，提供成品弹簧的疲劳寿命，改善了金相组织，获得高索氏体提高车辆减震弹簧钢盘条的强度和塑性，达到了优化车辆减震弹簧钢65mn热轧盘条的金相组织和综合性能的目的。但是钢中的硫含量为0.015%，硫含量高，钢材的纯净度低，将严重影响材料的耐疲劳寿命。
8.（4）《现代冶金》2010年第2期刊发了“60si2crva弹簧钢转炉冶炼过程夹杂物分布研究”对炼钢生产过程全工序夹杂物的形貌和大小进行了统计研究，分析显示夹杂物的主要类型有al2o3，mns，tin及复合氧化物等4类夹杂物。
9.（5）《特殊钢》2008年第2期刊发了“超低氧弹簧钢 60si2mn的夹杂物研究”，采用ld、lf(vd)、cc生产高品质汽车用弹簧钢 60si2mn，采用al脱氧，出钢迅速造高碱度低氧化性精炼渣，尽量延长渣钢精炼时间，加强吹氩搅拌，最终铸坯to在10
×
10-6
，[s]含量为0.005％，[p]0.010％获得了较高纯净度的铸坯。
[0010]
（6）《特殊钢》2002年第1期刊发了“弹簧钢氧化物夹杂成分和形态控制理论与实践”，以弹簧钢 60si2mna 为例，对氧化物夹杂成分和形态控制进行了研究，采用低铝硅铁合金化，钢中的酸溶铝含量控制在0.0012%-0.0014%。并对弹簧钢进行了旋转弯曲疲劳试验。但并没有显示夹杂物种类、大小和级别。


技术实现要素：

[0011]
本发明是开发一种高强度耐疲劳的60si2mna弹簧钢制备方法。根据影响材料疲劳强度的因素，一是成分，成分要求各元素的控制精准，降低钢坯偏析和轧后材料的带状，表面质量主要是连铸坯皮下针孔的消除，纯净钢生产就是根本解决al2o3夹杂的生成，成分设计上采用不添加铝的方法来实现。
[0012]
本方法制备的高纯净度弹簧钢是通过如下方法实现的。
[0013]
一种高强度耐疲劳的60si2mna弹簧钢制备方法，工艺路线为铁水脱硫处理、顶底复吹转炉冶炼、出钢渣洗、lf精炼、rh真空处理、方坯连铸以及热连轧轧制；1）、成分组成为c：0.58～0.61wt%，si：1.65～1.75wt%，mn：0.68～0.78wt%，p：≤0.012wt%，s：≤0.0030wt%，cr: 0.12～0.15wt%，cu：0.10～0.15wt%，ni：0.10～0.15wt%，n：≤0.0040wt%，余量为铁和不可避免的杂质，在rh处理结束钢水定氢，钢水氢含量小于1.0 ppm；2）、材料的制备方法：铁水脱硫预处理
→
顶底复吹转炉吹炼
→
lf精炼
→
rh真空处理
→
方坯连铸
→
钢坯入炉再均热
→
轧制与冷却
→
剪切，成品检查及性能检测；
a、铁水条件:铁水温度大于1300℃，硫含量不大于0.05 wt%，磷含量不大于0.12 wt%；采用kr法进行铁水脱硫预处理，处理后的铁水[s]含量小于0.003 wt%，为了把铁包高含硫顶渣扒出干净，预处理结束铁包加入顶渣聚渣剂使顶渣变粘稠，铁水预处理聚渣剂成分：al2o3含量20 wt%、sio2含量35wt%、cao含量42 wt%，mgo含量≤4 wt%，聚渣剂粒度1.5～5mm；b、转炉冶炼，采用转炉冶炼，吹氧冶炼前在转炉内加入20%废钢，然后兑入脱硫铁水80%，氧气流量控制在450nm3/min，强度为0.50nm3/t
·
min，在低温于下快速脱磷；转炉底吹氩搅拌供气强度为0.8nm3/t.min，转炉出钢温度为1630～1650℃，转炉出钢[c]含量为0.06～0.10 wt%，[p]含量小于0.008 wt%；[s]≤0.008wt%，转炉出钢[n]含量小于0.0020%；c、钢包的准备，连铸下线的钢包清除还原渣后，检查更换出钢滑板，合格后填充引流砂，然后加入硅铁，紧接着起吊倒入连铸铸余的高碱度还原渣；由于铸余渣与引流砂之间隔着一层块状硅铁，防止了引流砂接触炉渣，避免了引流砂烧结结块造成连铸开浇不自流，二是由于对加入的大量硅铁通过高温炉渣进行了烘烤，消除了水分，避免了铸坯皮下气泡的产生，消除了轧材表面直线形细裂纹，是一种提高耐疲劳寿命的最直接方法。
[0014]
d、转炉出钢脱氧合金化及夹杂物的去除，转炉出钢1min后随钢流加入铝酸钙1.5kg/吨钢合成渣洗料，吨钢加入3kg电石、活性石灰、萤石的混合物进行预脱氧造渣，其中电石、活性石灰、萤石的质量比为5:4:1，混合后防止钢水剧烈反应发生；根据熔炼成品成分锰含量要求，足量配加硅锰合金首先配锰，使钢水锰含量在控制范围的中下限，此时钢水硅含量小于目标值，通过钢包内预先装入的硅铁补硅，在转炉出钢过程加入碳粉为钢水增碳，这些合金在转炉出钢结束前加完、增碳剂在转炉出钢后期加入总量的70%，剩余30%在转炉出钢结束加入钢包，加入碳粉过程钢包底吹氩强搅拌；e、lf精炼，钢水初炼温度≥1550℃，lf精炼初期加入120kg钢水促进剂cao含量30wt%，al2o3含量35wt%，sio2≤5 wt%，mgo含量5～8 wt%，caco3含量10 wt%，caf2≤5 wt%，碳化硅含量5wt%，当钢水温度达到1610℃以上时，钢包底吹氩强搅拌脱硫，根据精炼初始硫含量搅拌时间控制在5～8min，钢水硫含量不大于0.002 wt%，通电补充提温，钢水温度控制在1595
±
1℃可运钢水至rh工序进行真空脱气处理；f、rh处理，rh真空度小于120pa的持续时间大于5分钟，在rh真空状态下进行碳氧反应，进一步脱氧去夹杂，rh真空状态去氢、去氮，rh真空处理时间20～22min，rh处理结束钢水温度1558
±
2℃，通过定氢仪检测钢水中的氢含量，氢含量不大于0.0001%，氧含量小于0.0005%，rh处理结束，以钢水不能吹开裸露为前提的底吹氩弱搅拌时间大于5min，然后吊运至连铸平台静置，时间大于3分钟；g、熔炼成品成分的精确控制为液相线温度的计算提供了保障，计算钢水的液相线温度为1468℃，确定连铸中间包钢水温度控制在1480～1498℃；钢坯碳锰的严重偏析和中心疏松是造成弹簧钢耐疲劳性能降低的最主要因素。控制铸坯元素中心偏析的方法，150mm
×
150mm方10流连铸机进行生产，连铸钢坯拉速设定为1.45
±
0.5m/min，连铸开浇依次从两端两端打开滑最后打开中间流，这样可以保证中间包钢水温度场的均匀性，连铸钢
坯拉速设定后连铸过程保持不变，连铸坯矫直后进行气雾强冷，铸坯等轴晶大于55%，钢坯中心偏析小于0.5级；h、钢坯热装轧制，轧制了两种类型的的弹簧钢，轧制材料有弹簧扁钢和弹簧圆钢，钢坯均热温度1220
±
15℃，开轧温度开轧温度1110～1160℃,终轧温度大于865
±
10℃，材料下线缓冷，弹簧扁钢和弹簧圆钢材料的脱碳层厚度控制方法，由于弹簧扁钢材料的脱碳层厚度难以控制，而且随着碳含量的增加难度增大，通常采用降低钢坯加热温度防止材料过度氧化。本发明采取相反的方法，采用提高钢坯加热温度和减少钢坯在加热炉内的滞留时间的方法，该方法适当增加钢坯表面的氧化铁皮厚度，氧化铁皮在轧制过程冲脱落，从而降低了脱碳层厚度，消除了材料表面微裂纹，轧制成弹簧圆钢或板簧，轧制后弱冷，轧后保温缓冷。
[0015]
钢材性能检测：轧制的厚16mm，宽90mm的弹簧扁钢，抗拉强度1680～1705mpa，屈服强度1542～1566mpa，断后伸长率为11～16%，面缩率41～47%；轧制的厚φ14～φ18毫米，抗拉强度1655～1693mpa，屈服强度1547～1572mpa，断后伸长率为11～17%，面缩率44～49.5%。热轧轧制态钢材具有优良的断后伸长率和面缩率。
[0016]
钢材组织和纯净度分析。钢材组织为珠光体 索氏体 少量的铁素体，晶粒度8.0～8.5级，由于钢中的氢含量降低，降低了氢脆的敏感性，由于钢中存在微量的铬、镍、铜，提高了材料的耐大气腐蚀性能。其次材料在生产过程禁用含铝材料，钢材抽检中没有发现al2o3夹杂；钢水经lf深脱硫和rh处理，钢中硫含量达到了极低的水平，经lf和rh双重精炼及底吹氩气软吹、静置等操作，硫化物夹杂和硅酸盐夹杂几乎不存在。钢中氮含量0.0030～0.0038%，钢中硫含量≤0.003%，钢中的全氧含量小于5ppm。材料的表面硬度小于310hb。
[0017]
采用本方法生产的的60si2mna弹簧钢方坯，轧成2类产品，轧制成弹簧圆钢和扁钢，弹簧圆钢应用于高铁轨道扣件、弹簧扁钢应用于重载汽车板簧，热处理后的各项性能满足均满足用户使用要求。
[0018]
1、熔炼成品成分和板坯质量，采用本方法生产10炉，产品成分和板坯检测结果见表1。坯料对角线取样分析，碳偏析抽检最大1.03，方坯中心偏析不大于0.5级。
[0019]
2、轧后钢材力学性能
3、钢材的组织和纯净度，10炉钢轧后钢材抽检，组织为珠光体 索氏体 少量铁素体，晶粒度在8级至8.5级之间。各类夹杂物抽检，存在ds夹杂小于0.5级，钢材满足纯净钢要求。由于材料含有微量的铬、镍、铜，板簧耐腐蚀能力增加。
[0020]
4、这种高强度耐疲劳60si2mna弹簧钢的制备方法，可在具备铁水预处理、转炉、lf精炼、rh真空精炼装备，以及具备轧制棒材和型材装备的企业进行推广。
具体实施方式
[0021]
一种高强度耐疲劳的60si2mna弹簧钢制备方法，工艺路线为铁水脱硫处理、顶底复吹转炉冶炼、出钢渣洗、lf精炼、rh真空处理、方坯连铸以及热连轧轧制；1）、成分组成为c：0.58～0.61wt%，si：1.65～1.75wt%，mn：0.68～0.78wt%，p：≤0.012wt%，s：≤0.0030wt%，cr: 0.12～0.15wt%，cu：0.10～0.15wt%，ni：0.10～0.15wt%，n：≤0.0040wt%，余量为铁和不可避免的杂质，在rh处理结束钢水定氢，钢水氢含量小于1.0 ppm；2）、材料的制备方法：铁水脱硫预处理
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顶底复吹转炉吹炼
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lf精炼
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rh真空处理
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方坯连铸
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钢坯入炉再均热
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轧制与冷却
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剪切，成品检查及性能检测；a、铁水条件:铁水温度大于1300℃，硫含量不大于0.05 wt%，磷含量不大于0.12 wt%；采用kr法进行铁水脱硫预处理，处理后的铁水[s]含量小于0.003 wt%，为了把铁包高含硫顶渣扒出干净，预处理结束铁包加入顶渣聚渣剂使顶渣变粘稠，铁水预处理聚渣剂成分：al2o3含量20 wt%、sio2含量35wt%、cao含量42 wt%，mgo含量≤4 wt%，聚渣剂粒度1.5～5mm；b、转炉冶炼，采用转炉冶炼，吹氧冶炼前在转炉内加入20%废钢，然后兑入脱硫铁水80%，氧气流量控制在450nm3/min，强度为0.50nm3/t
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min，在低温于下快速脱磷；转炉底吹氩搅拌供气强度为0.8nm3/t.min，转炉出钢温度为1630～1650℃，转炉出钢[c]含量为
0.06～0.10 wt%，[p]含量小于0.008 wt%；[s]≤0.008wt%，转炉出钢[n]含量小于0.0020%；c、钢包的准备，连铸下线的钢包清除还原渣后，检查更换出钢滑板，合格后填充引流砂，然后加入硅铁，紧接着起吊倒入连铸铸余的高碱度还原渣；由于铸余渣与引流砂之间隔着一层块状硅铁，防止了引流砂接触炉渣，避免了引流砂烧结结块造成连铸开浇不自流，二是由于对加入的大量硅铁通过高温炉渣进行了烘烤，消除了水分，避免了铸坯皮下气泡的产生，消除了轧材表面直线形细裂纹，是一种提高耐疲劳寿命的最直接方法。
[0022]
d、转炉出钢脱氧合金化及夹杂物的去除，转炉出钢1min后随钢流加入铝酸钙1.5kg/吨钢合成渣洗料，吨钢加入3kg电石、活性石灰、萤石的混合物进行预脱氧造渣，其中电石、活性石灰、萤石的质量比为5:4:1，混合后防止钢水剧烈反应发生；根据熔炼成品成分锰含量要求，足量配加硅锰合金首先配锰，使钢水锰含量在控制范围的中下限，此时钢水硅含量小于目标值，通过钢包内预先装入的硅铁补硅，在转炉出钢过程加入碳粉为钢水增碳，这些合金在转炉出钢结束前加完、增碳剂在转炉出钢后期加入总量的70%，剩余30%在转炉出钢结束加入钢包，加入碳粉过程钢包底吹氩强搅拌；e、lf精炼，钢水初炼温度≥1550℃，lf精炼初期加入120kg钢水促进剂cao含量30wt%，al2o3含量35wt%，sio2≤5 wt%，mgo含量5～8 wt%，caco3含量10 wt%，caf2≤5 wt%，碳化硅含量5wt%，当钢水温度达到1610℃以上时，钢包底吹氩强搅拌脱硫，根据精炼初始硫含量搅拌时间控制在5～8min，钢水硫含量不大于0.002 wt%，通电补充提温，钢水温度控制在1595
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1℃可运钢水至rh工序进行真空脱气处理；f、rh处理，rh真空度小于120pa的持续时间大于5分钟，在rh真空状态下进行碳氧反应，进一步脱氧去夹杂，rh真空状态去氢、去氮，rh真空处理时间20～22min，rh处理结束钢水温度1558
±
2℃，通过定氢仪检测钢水中的氢含量，氢含量不大于0.0001%，氧含量小于0.0005%，rh处理结束，以钢水不能吹开裸露为前提的底吹氩弱搅拌时间大于5min，然后吊运至连铸平台静置，时间大于3分钟；g、熔炼成品成分的精确控制为液相线温度的计算提供了保障，计算钢水的液相线温度为1468℃，确定连铸中间包钢水温度控制在1480～1498℃；钢坯碳锰的严重偏析和中心疏松是造成弹簧钢耐疲劳性能降低的最主要因素。控制铸坯元素中心偏析的方法，150mm
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150mm方10流连铸机进行生产，连铸钢坯拉速设定为1.45
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0.5m/min，连铸开浇依次从两端两端打开滑最后打开中间流，这样可以保证中间包钢水温度场的均匀性，连铸钢坯拉速设定后连铸过程保持不变，连铸坯矫直后进行气雾强冷，铸坯等轴晶大于55%，钢坯中心偏析小于0.5级；h、钢坯热装轧制，轧制了两种类型的的弹簧钢，轧制材料有弹簧扁钢和弹簧圆钢，钢坯均热温度1220
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15℃，开轧温度开轧温度1110～1160℃,终轧温度大于865
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10℃，材料下线缓冷，弹簧扁钢和弹簧圆钢材料的脱碳层厚度控制方法，由于弹簧扁钢材料的脱碳层厚度难以控制，而且随着碳含量的增加难度增大，通常采用降低钢坯加热温度防止材料过度氧化。本发明采取相反的方法，采用提高钢坯加热温度和减少钢坯在加热炉内的滞留时间的方法，该方法适当增加钢坯表面的氧化铁皮厚度，氧化铁皮在轧制过程冲脱落，从而降低了脱碳层厚度，消除了材料表面微裂纹，轧制成弹簧圆钢或板簧，轧制后弱冷，轧后保
温缓冷。