專利名稱：直接拉拔用彈簧鋼線材及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼及制造工藝領(lǐng)域，涉及一種直接拉拔用彈簧鋼線材及制造工藝。
彈簧鋼廣泛用于汽車、鐵路及機(jī)械等，隨著我國汽車工業(yè)、鐵路運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，對彈簧鋼的需求量越來越大，國內(nèi)需求量每年在30萬噸以上。
彈簧鋼熱軋線材采用傳統(tǒng)工藝軋制，由于受到軋機(jī)和工藝的限制，軋后抗拉強(qiáng)度(σb)800MPa～1000MPa、斷面收縮率(ψ)10％～20％，組織一般為粗大珠光體與鐵素體。上述熱軋彈簧鋼線材塑性較差，不可直接用于拉拔鋼絲，拉拔加工前必須先經(jīng)過680℃～760℃×3h～5h的退火，才可達(dá)到冷加工所需要的工藝性能要求。使用上述熱軋線材拉拔鋼絲的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為熱軋盤條→退火→酸洗→→拉絲→中間退火→酸洗→拉絲……→入庫，也就是坯料在拉拔前首先須經(jīng)退火。傳統(tǒng)拔絲生產(chǎn)工藝成本高、生產(chǎn)效率低、污染環(huán)境。
隨著高線軋機(jī)在特殊鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用，彈簧鋼線材軋制中采用控制軋制和控制冷卻工藝成為可能。
國內(nèi)線材控制軋制和控制冷卻是80年代隨著高線軋機(jī)的應(yīng)用而發(fā)展起來的一項新技術(shù)，最初應(yīng)用在低碳鋼、低合金鋼生產(chǎn)中，主要目的是為了提高強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能。合金彈簧是中碳、高強(qiáng)度特殊鋼，軋制過程中組織變化復(fù)雜，控制難度較大。此前國內(nèi)尚未見采用控制軋制和控制冷卻成功軋制彈簧鋼線材的報道。目前，大連鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司已經(jīng)在其由德國引進(jìn)的高精度合金鋼棒線材連軋機(jī)上，成功開發(fā)彈簧鋼線材控制軋制和控制冷卻新工藝。
本發(fā)明的目的是通過采用控制軋制和控制冷卻工藝，使熱軋彈簧鋼線材晶粒充分細(xì)化，軋后獲得細(xì)片狀、均勻分布的珠光體及少量鐵素體(或索氏體)組織，線材軋后抗拉強(qiáng)度(σb)1000MPa～1200MPa、斷面收縮率(ψ)25％～48％。塑性充分提高，可以使熱軋線材不經(jīng)過退火直接拉拔。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
本發(fā)明中的直接拉拔用硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材的化學(xué)成分采用GB/T1222-1984《彈簧鋼》規(guī)定的成分配比。
本發(fā)明中的直接拉拔用硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材制造執(zhí)行如下工藝電爐(EBT)冶煉→爐外精煉(LF+VD)→模注鋼錠(3t)→紅轉(zhuǎn)→初軋開方坯(150mm)→鋼坯緩冷→鋼坯噴丸、探傷→鋼坯機(jī)械修磨→棒線材連軋機(jī)軋制→熱軋材成品。
其中線材軋制工序采用控制軋制和控制冷卻工藝，是本技術(shù)方案的核心，分三段控制1初、中軋控制在單相奧氏體完全再結(jié)晶區(qū)域，開軋溫度980℃～1030℃；2終軋控制在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)或兩相區(qū)，800℃～900℃；
3終軋后軋線水冷控制到750℃～850℃吐絲；Stelmer線控制移動速0.15m/s～0.25m/s，冷卻到400℃以下。
具體說明如下控制軋制是在奧氏體相區(qū)或在奧氏體與鐵素體兩相區(qū)進(jìn)行，然后空冷或控制冷卻速度，得到理想的組織與性能。是動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶及組織細(xì)化。
在奧氏體再結(jié)晶溫度以上細(xì)化晶粒，是利用熱變形與再結(jié)晶細(xì)化晶粒1000℃以上變形，主要以動態(tài)再結(jié)晶細(xì)化晶粒；1000℃以下變形，主要以靜態(tài)再結(jié)晶細(xì)化晶粒。細(xì)化晶粒主要目的是通過對加熱時粗化的初始奧氏體晶粒反復(fù)進(jìn)行軋制—再結(jié)晶細(xì)化晶粒，從而為終軋后γ-α相變時得到細(xì)片狀珠光體加少量鐵素體(或索氏體)組織奠定基礎(chǔ)。
在奧氏體再結(jié)晶溫度以下形變組織細(xì)化晶粒。終軋控制在兩相區(qū)(800℃～900℃)軋制，850℃以下再結(jié)晶困難，奧氏體晶粒沿軋制方向產(chǎn)生形變帶，此時不僅由于晶界面積的增加提高了鐵素體形核密度，而且在形變帶上出現(xiàn)鐵素體晶核，進(jìn)一步促進(jìn)鐵素體晶粒細(xì)化。
終軋后軋線水冷控制，使進(jìn)行相變的奧氏體形成微細(xì)的珠光體晶粒，從而得到均勻、細(xì)片狀珠光體加少量鐵素體(或索氏體)組織，最終獲得優(yōu)良的綜合性能。
控軋控冷工藝比常規(guī)軋制工藝具有突出先進(jìn)性。以60Si2Mn為例，60Si2Mn為亞共析鋼，Ac3745℃、Ac3808℃、Ar1700℃、Ar3770℃在軋后冷卻過程中首先析出先共析鐵素體，珠光體隨后轉(zhuǎn)變，鐵素體易形成網(wǎng)，珠光體極易出現(xiàn)粗片珠光體團(tuán)、晶粒粗大，鋼材硬度、脆性都明顯增大、性能變差。必須執(zhí)行控軋控冷工藝才可避免此組織的出現(xiàn)。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果具有以下特點1)硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材的化學(xué)成分采取GB/T1222規(guī)定的成分配比未作調(diào)整，通過采用控制軋制和控制冷卻新工藝使其組織、性能有很大改善。
2)減少鋼絲生產(chǎn)中的退火工序。
具有以下優(yōu)點第一，熱軋線材組織為均勻、細(xì)片狀珠光體加少量鐵素體(或索氏體)；力學(xué)性能中，強(qiáng)度、塑性均有提高、尤其是斷面收縮率提高幅度更大。
第二，熱軋線材不經(jīng)退火可直接進(jìn)行20％～50％變形量的拉拔。
第三，有利于環(huán)保。減少線材酸洗量，減少有害氣體排放。
第四，經(jīng)濟(jì)效果顯著，主要在鋼絲生產(chǎn)中實現(xiàn)。
1)減少熱處理設(shè)備投資。熱處理設(shè)備投資約占彈簧鋼絲生產(chǎn)設(shè)備總投資30％～50％，采用本發(fā)明生產(chǎn)時，可減少熱處理設(shè)備投資額達(dá)1/3，同時可減少廠房面積60～80m2。
2)降低生產(chǎn)成本。減少熱處理量可節(jié)約能耗30％；減少金屬料燒損，成材率由常規(guī)的94％提高到98％；減少酸洗消耗。以上三項合計可降低生產(chǎn)成本400元/t～450元/t。
3)有利于彈簧鋼絲的連續(xù)自動化生產(chǎn)，提高作業(yè)效率。大盤重、高塑性、強(qiáng)韌性的線材，為連續(xù)式拉絲機(jī)在彈簧鋼絲生產(chǎn)中的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。
本發(fā)明實施例按本發(fā)明的控制軋制和控制冷卻工藝軋制線材60Si2MnA三爐。
實施例1牌號60Si2MnA爐號011/1982規(guī)格14.0mm其軋制工藝開軋溫度980℃～1030℃，進(jìn)精軋機(jī)前溫度850℃～880℃，吐絲溫度780℃～800℃；檢驗結(jié)果抗拉強(qiáng)度(σb)1010MPa～1020Mpa，斷面收縮率(φ)40％～43％。
拉拔試驗線材原料直接酸洗、黃化，干燥后在立式拉絲機(jī)上拉制，拉制過程如下14.0-12.0-10.5(mm)。
拉制兩道次，總減面率43.7％，拉制后退火720℃±10℃×6～7h，抗拉強(qiáng)度(σb)600MPa～700Mpa。
實施例2牌號60Si2MnA爐號011/1154規(guī)格8.0mm其軋制工藝
開軋溫度980℃～1030℃，進(jìn)精軋機(jī)前溫度800℃～850℃，吐絲溫度750℃～810℃；檢驗結(jié)果抗拉強(qiáng)度(σb)1010MPa～1050Mpa，斷面收縮率(φ)40％～42％。
拉拔試驗線材原料直接酸洗、黃化，干燥后在立式拉絲機(jī)上拉制，拉制過程如下8.0-7.0-6.2-5.4(mm)。
拉制兩道次，總減面率54.4％，拉制后退火720℃±10℃×6～7h，抗拉強(qiáng)度(σb)605MPa～710MPa。
實施例3牌號60Si2MnA爐號94/825規(guī)格5.5mm其軋制工藝開軋溫度980℃～1030℃，進(jìn)精軋機(jī)前溫度800℃～850℃，吐絲溫度750℃～830℃；檢驗結(jié)果抗拉強(qiáng)度(σb)1100MPa～1200MPa，斷面收縮率(φ)39％～44％。
拉拔試驗線材原料直接酸洗、黃化，干燥后在立式拉絲機(jī)上拉制，拉制過程如下
5.5-4.5-4.0(mm)。
拉制一道次，總減面率47.1％，拉制后退火720℃±10℃×6～7h，抗拉強(qiáng)度(σb)595MPa～680MPa。
直接拉拔用硅錳彈簧鋼線材已經(jīng)按上述工藝生產(chǎn)500噸，產(chǎn)品受到用戶好評。
權(quán)利要求
1一種硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材，其特征在于熱軋后抗拉強(qiáng)度(σb)1000MPa～1200MPa、斷面收縮率(ψ)25％～50％，組織為均勻、細(xì)片狀珠光體加少量鐵素體(或索氏體)。
2權(quán)利要求1所述的一種硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材，其特征在于60Si2MnA熱軋后抗拉強(qiáng)度(σb)1010MPa～1170MPa、斷面收縮率(ψ)25％～45％，組織為均勻、細(xì)片狀珠光體加少量鐵素體(或索氏體)。
3權(quán)利要求1所述的一種硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材的制造工藝，其特征在于線材軋制工序采用控制軋制和控制冷卻工藝，分三段控制1)初、中軋控制在單相奧氏體完全再結(jié)晶區(qū)域，980℃～1030℃；2)終軋控制在兩相區(qū)，800℃～900℃；3)終軋后軋線水冷控制到750℃～850℃吐絲、Stelmer線控制移動速度0.15m/s～0.25m/s，冷卻到400℃以下。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼及制造工藝領(lǐng)域,涉及一種直接拉拔用硅錳彈簧鋼線材及制造工藝。本發(fā)明中的直接拉拔用硅錳彈簧鋼(55Si2Mn、60Si2MnA及60Si2Mn)線材的化學(xué)成分采取GB/T1222－1984《彈簧鋼》規(guī)定的成分配比。通過控制軋制和控制冷卻新工藝,使熱軋硅錳彈簧鋼線材軋后獲得均勻分布的細(xì)片狀珠光體和少量鐵素體(或索氏體)組織,線材軋后抗拉強(qiáng)度(σ
文檔編號B21B1/16GK1389310SQ0111404
公開日2003年1月8日 申請日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
發(fā)明者高惠菊, 姚洪純, 張宇, 陳杰宗 申請人:大連金牛股份有限公司