2100 MPa级高强度悬架弹簧钢的质量要点

汽车工业是弹簧钢的最大用户,而我国有全球最大的汽车市场。随着国家节能减排、“碳达峰、碳中和”目标的提出,传统燃油车的轻量化是大势所趋,而新能源汽车必将迎来进一步的蓬勃发展。新能源汽车底盘需要具备更大的承载力,而底盘系统轻量化是传统燃油车轻量化的重要组成部分,这两方面均要求悬架弹簧需具备更高强度、更大的承载力。为了满足新能源汽车和汽车轻量化的发展要求,兴澄特钢开发了2100 MPa级高强度弹簧钢。结合实际案例研究,介绍了2100 MPa级高强度悬架弹簧钢的开发过程中非金属夹杂物、脱碳、偏析等关键质量指标对高强度钢的影响,并提出相应的控制措施。

LF软吹时间对硅脱氧弹簧钢氧化物夹杂的影响

探讨了硅脱氧弹簧钢中氧化物夹杂的形成机理及其影响因素,特别关注了LF软吹时间对氧化物夹杂形态和数量的影响。通过一系列试验和金相分析,发现硅脱氧剂的使用和冶炼温度是影响氧化物夹杂的关键因素。随着硅脱氧剂的加入,钢液中的氧气含量减少,降低了氧化物形成的可能性。同时,合适的冶炼温度对于控制氧化物夹杂也至关重要。研究结果为优化硅脱氧弹簧钢的生产工艺,提高钢材质量提供了重要的理论依据和实践指导。

V微合金化对高强弹簧钢静态相变和拉伸性能的影响

针对55SiCr钢,利用热力学软件计算了V微合金化对实验钢析出的影响,根据拉伸性能确定了较优的V添加量(质量分数),分析了较优的V质量分数对55SiCr钢静态相变的影响,同时利用金相和SEM表征了不同冷速下实验钢的显微组织特征.结果表明:V质量分数的增加,提高了MC相的析出量和析出温度,抑制了M_(3)C,M_(7)C_(3)和M_(3)C_(2)碳化物的析出;V的质量分数为0.15%时实验钢性能最优,此时其抗拉强度和屈服强度分别提高180,200 MPa,断面收缩率超过40%,总伸长率超过12%;V微合金化使实验钢的相变温度A_(c3)和A_(c1)分别降至805,745℃,使马氏体相变温度降至255℃.

用小气泡从钢液中去除夹杂物颗粒

分析了钢液中吹氩时夹杂物颗粒去除的效率与氩气泡直径、夹杂物直径、透气砖面积、透气砖孔径、吹氩流量和吹氩时间的关系,讨论了在钢液中获得小气泡的方法。并通过70tLF钢包炉精炼弹簧钢的吹氩去夹杂实践,有效地降低了钢中氧化物夹杂的数量和40μm以上夹杂物颗粒的比例。

55Cr3银亮材异常白亮层产生原因分析

通过使用直读光谱仪(OES)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等观察分析手段,对55Cr3银亮材异常白亮层的产生原因进行了分析。结果表明:白亮层并非因脱碳产生的铁素体组织,也不是表面镀层或外来嵌入物,而是磨光等工序工艺操作不当导致钢材表层过热,形成难于腐蚀的白亮色马氏体硬化层。通过改善磨光工艺,消除了白亮层。

弹簧钢夹杂物形态控制

分析了高应力条件下弹簧疲劳断裂的主要原因以及用稀土控制弹簧钢夹杂物形态的局限性。指出了ＭｎＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２或ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元塑性夹杂物的成分范围，并以６０Ｓｉ２ＣｒＶＡ为例确定与之相平衡的钢液脱氧条件，提出了相应的工艺措施。

不同生产工艺对高强度弹簧钢夹杂物尺寸分布及疲劳性能的影响

采用两种不同的生产工艺生产弹簧钢以控制氧化物夹杂的性质和尺寸分布。研究发现 ,钢中酸溶铝含量的高低并不影响弹簧钢的奥氏体晶粒度 ,但明显影响钢材中的非金属夹杂物尺寸分布 。

60Si2MnA弹簧钢脱氧工艺的优化

在现场调研的基础上 ,对用 30 t L F生产 6 0 Si2 Mn A弹簧钢的脱氧工艺进行优化控制。结果表明 :在不进行夹杂物变性处理的条件下 ,可生产出平均氧含量为 2 3× 10 - 4 %、最低氧含量为 16× 10 - 4 %的 6 0 Si2 Mn

改善弹簧钢中氧化物夹杂形态的热力学条件

为了控制钢中析出氧化物夹杂的组成和形态 ,通过钢液 -夹杂物、钢液 -熔渣之间的化学平衡关系 ,以弹簧钢为例 ,计算了 182 3K时钢中强脱氧元素钙和铝的残余含量对析出夹杂物组成的影响 ,并给出了可使钢中析出具有良好变形能力的 Ca O· Al2 O3· 2 Si O2 夹杂物的钙、铝含量的控制范围和控制方法。

不同脱氧条件下弹簧钢氧化物夹杂的性质和形貌

用光学显微镜和扫描电镜研究了工业生产条件下用不同脱氧工艺生产的 6 0Si2MnA弹簧钢氧化物夹杂Al2 O3 、SiO2 和铝硅酸盐的性质。

不同生产工艺对高强度弹簧钢夹杂物尺寸分布及疲劳性能的影响

采用两种不同的生产工艺生产弹簧钢以控制氧化物夹杂的性质和尺寸分布。研究发现 ,钢中酸溶铝含量的高低并不影响弹簧钢的奥氏体晶粒度 ,但明显影响钢材中的非金属夹杂物尺寸分布 ,从而影响高强度弹簧钢的疲劳性能。

国内外弹簧钢的生产现状和发展前景

介绍了国内外弹簧钢的主要钢种及生产现状,提出了当前弹簧钢生产和应用应向高强度、高群减抛、高纯净度方向发展。

100t转炉-钢包炉精炼-连铸生产65Mn弹簧钢的工艺实践

采用100t顶底复吹转炉100t钢包炉(LF)精炼6机6流150mm×150mm方坯连铸机生产65Mn弹簧钢。转炉终点[C]0.08%～0.12%,[P]≤0.012%,[S]≤0.03%,增碳剂收得率为85%～90%。LF精炼渣碱度2.5～3.0,并喂SiCa线和吹氩。连铸时中间包钢水温度1495～1515℃,铸速1.6～1.8m/min,采用结晶器电磁搅拌。20炉65Mn钢质量检验结果表明,化学成分(%):C0.63～0.68,Mn0.95～1.07,P0.009～0.023,S0.006～0.017,连铸坯断面碳含量偏差≤0.02%C。65Mn钢盘条产品符合GB/T43541994要求。

弹簧钢超低氧精炼技术

综述了国内外清洁弹簧钢生产技术的发展，论述了钢中夹杂物变性工艺和机制，并提出需要进一步研究的问题。

高铁弹条钢夹杂物塑性化控制的热力学分析

提高高铁弹条钢的疲劳性能,除了要求弹条钢具有较高的纯净度外,还必须控制弹条钢中的非金属夹杂物。弹条钢中存在的脆性和不变形非金属夹杂物是弹条钢疲劳断裂的重要原因,所以必须控制弹条钢中的夹杂物为低熔点和具有良好的变形能力。借助Factsage热力学计算软件对1 873 K时钢液与夹杂物间的平衡进行了计算,确定了生成具有良好变形能力的低熔点CaO-SiO2-Al2O3系夹杂物所需要的钢液成分。结果表明:将夹杂物的成分控制在CaO-SiO2-Al2O3系的低熔点区域2中时,钢液中的溶解氧含量为(1～3)×10-6,远远低于将夹杂物成分控制在低熔点区域1中时的溶解氧的含量,此时可以同时实现夹杂物塑性化和钢液纯净化的要求。

弹簧钢洁净化生产工艺研究

采用系统取样,结合金相观测、全氧分析、大样电解、电子探针和稀土氧化物示踪等手段,对八钢电炉厂电弧炉—LF—小方坯连铸生产60Si2Mn的洁净度进行了系统研究,精炼后钢液w(TO)为95×10-6,中间包内w(TO)为94×10-6,铸坯中w(TO)为54×10-6。了解了各阶段夹杂物数量、尺寸分布和类型,找出了大型夹杂物的来源。根据影响钢质量的主要因素,提出了有针对性的改进方案,优化设置了控流装置。改进后,钢中有害夹杂物数量大大减少,质量明显提高,铸坯w(TO)由54×10-6下降到28×10-6。

夹杂物控制技术在阀门弹簧钢生产中的应用

介绍了国外为适应阀门弹簧的高疲劳寿命对氧化物夹杂的苛刻要求，采用夹杂物形态控制理论使夹杂物无害化的生产技术，这种技术生产的超清洁阀门弹簧钢，细化和软化了氧化物夹杂，从而消除了氧化物夹杂对材料疲劳性能的危害。

60Si2MnA弹簧钢盘条脱碳层控制工艺的优化

60Si2MnA弹簧钢φ9~φ12 mm盘条的生产流程为100 t BOF-LF-VD-150 mm×150 mm坯连铸-高速线材轧制工艺。讨论了脱碳机理和分析了脱碳的影响因素。通过适当降低二加热段温度,提高均热段温度,铸坯总加热时间由2.7 h降至1.5 h,控制加热炉内氧含量3%~5%,开轧和吐丝温度分别从（1 000±20）℃和（850±15）℃降至（950±20）℃和（820±20）℃,减少727℃以上温度的风冷时间等工艺措施,使60Si2MnA弹簧钢盘条的全脱碳层由0.072 mm降至0,总脱碳层由0.142 mm降至0.063 mm,弹簧的疲劳寿命由17.7万次提高到23.2万次。

80tBOF-LF-RH-CC流程冶炼55SiCr弹簧钢洁净度的研究

55SiCr钢280 mm×325 mm铸坯(/%:0.55C,1.42Si,0.67Mn,0.008S,0.67Cr)的冶炼流程为80 t BOF-LF-RH-CC工艺。通过BOF出钢加Al和硅铁合金,同时加入精炼渣,控制精炼过程渣碱度R(CaO/SiO_2)为2.0左右,RH≥20 min,软吹搅拌≥15 min,控制钢中夹杂物转变,得到洁净弹簧钢55SiCr。分析结果表明,LF精炼过程中夹杂物由早期的Al_2O_3-SiO_2-MnO和Al_2O_3夹杂将逐渐转变为Al_2O_3-CaO-SiO_2夹杂,RH真空处理后夹杂物全部转变为Al_2O_3-CaO-SiO_2夹杂,LF开始精炼T[O]和[N]分别为36×10^(-6)和26×10^(-6),铸坯T[O]、[N]分别为7×10^(-6)和43×10^(-6),铸坯中夹杂物主要为Al_2O_3-CaO-SiO_2和Al_2O_3,尺寸≤10μm。

轻型汽车扭杆弹簧用钢45CrNiMoVA研制

研制和应用结果表明 ,电弧炉 +电渣重熔工艺生产的轻型汽车扭杆弹簧用钢 45CrNiMoVA具有高的纯洁度、淬透性、强度、冲击韧性和高的疲劳强度 ;扭杆弹簧扭转疲劳寿命达到 10 0万次以上。