碳素弹簧钢丝SWRH67B+Cr通条性能的工艺优化与控制

张秀香 孙晓明 姜洪刚 孙昌晴

摘 要：通过生产工艺优化改善碳素弹簧钢丝SWRH67B+Cr通条性能。碳素弹簧钢丝SWRH67B+Cr主要通过成分优化，提高化学成分内控合格率为后续强度稳定性奠定基础。轧制工序通过加热炉加热温度均匀、水冷后保证足够的回复时间，使得盘条冷却均匀；合理设定吐丝温度保证此钢种的相变开始温度；风冷辊道冷却速度及风量合理分配保证线圈的均匀冷却；盘条头尾未穿水部位的全部切除等以上工艺措施保证了此钢种通条性能差在60MPa以内。

关键词：碳素弹簧钢丝；成分优化；成分内控合格率；均匀冷却；通条性能

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.33.094

碳素弹簧钢丝特点是可塑性低，弹性强，抗应力能力强。多用于席梦思床、汽车及各种靠垫、机械制造、文具电动工具、体育用械、扭簧用、拉簧用、电器设备等行业。由于弹簧本身长度较短，弹簧的制作过程实际上是对盘条通条性能的检验和考核过程。以往本钢生产碳素弹簧钢强度极差在100MPa以上，强度波动稍大，为了使产品使用性能更加稳定，本钢北营公司通过工艺优化实现了碳素弹簧钢通条性能差60MPa以下的目标。

1 盘条通条性能控制

1.1 化学成分内控要求

根据以往生产的碳素弹簧钢丝的强度余量进行了化学成分的优化。碳含量是影响强度、性能均一性和线材异常组织的主要元素，碳含量过低强度不足，过高对控冷不利，形成异常组织使得拉拔性能变坏，其设定碳质量份数目标0.65%；Cr、Mn增加钢的淬透性，使索氏体比率提高，改善拉拔性能，但是其过多使得偏析加重，会使得线材中心马氏体增多，设定铬质量份数目标0.32%，锰目标0.63%。P、S含量尽可能低，质量份数目标控制在0.015%和0.010%以下。

1.2 钢坯加热温度均匀

钢坯加热采用步进式加热炉，“黑印”现象较轻，温差较小；且每组钢坯间都留有较大的间隙，实现三面、四面加热，加热速度快且温度均匀，在炉时间保证1.8～2.2小时，保证了钢坯奥氏体化完全和均匀，从而保证了后续轧制过程变形的均匀性。

1.3 水冷箱均匀水冷

预精轧及精轧机组后水冷箱，要保证足够的冷却水压和反吹喷嘴压力，有效抑制由于大变形引起的升温后奥氏体晶粒急剧长大，保证后续相变所需的奥氏体晶粒相对的稳定性。同时水冷箱后的回复段保证了冷却后盘条足够的温度均衡时间。

1.4 吐丝温度

吐丝温度是相变开始的关键参数，吐丝温度的高低直接影响过冷奥氏体的稳定性，因而对性能有重要影响，吐丝温度控制在890±10℃。

1.5 轧后冷却控制

该钢种在斯太尔摩辊道上的冷却速度，对应该钢种连续冷却转变曲线。由于线圈在辊道上边部比中间厚，搭接点密，通过“佳灵”装置进行分量分配，实现线圈均匀冷却。辊道之间通过下降段拉开线圈之间的搭接，从而大大改善线圈均匀冷却的条件，也保证了每一圈线材强度的均匀性。

1.6 保证盘条头尾充分切除

盘条经过精轧后线材速度快，温度高、尺寸小、硬度低，若头部突然遇水在水中通过极易在水箱中堆钢。所以在线材头部到达吐丝机之前的夹送辊这段，水箱不进行水冷却。此外，由于前后两根钢坯之间间隔较短，为不能把后根钢头部进行穿水，前一根盘条的尾部通过水箱之前需要对水箱断水来保证下一根盘条头部不穿水。整体需要头部切除15圈，尾部切除10圈。由此保证整体通条性能差。

2 质量检验

2.1 化学成分

產品实物化学成分检验结果与企业内控要求对比见表1。

成分内控合格率达到100%，窄成分范围设定极高的内控合格率保证了产品整体性能的通条稳定性。

2.2 高倍组织检验

盘条高倍组织检验结果：晶粒度8.级，显微组织形式为索氏体+珠光体+铁素体，索氏体率1.5～2.0级别。夹杂物A类、B类、C类及D类夹杂控制在0～0.5级别，Ds类夹杂为0级。脱碳层控制在0.03mm～0.05mm。

相对以往生产工艺盘条，改善工艺后的铁素体组织相对多些，是由于在轧后冷却过程相对减小冷却速度，冷却速度的减小增加了奥氏体向珠光体开始转变所需时间，从而使得先共析铁素体相对多些形成和析出，同时形成的索氏体级别达到1.5～2.0级别，晶粒度8.0级，保证了盘条的强度和塑性。其高倍组织图片见图1及图2。

B类、D 类夹杂物比A 类、C 类夹杂物对盘条的抗拉强度影响较大。B 类、D 类夹杂物延展性差，硬而脆，不易变形； A 类、C 类夹杂物延展性较高。所以，B 类、D 类夹杂物比A 类、C 类夹杂物对盘条基体的破坏性大。还有，非金属夹杂物级别越高，盘条基体的抗拉强度越差，主要是由于非金属夹杂物破坏了盘条基体的连续性，在拉伸试验时，易沿夹杂物产生裂纹，使钢丝在变形情况下易断裂，并使钢丝弯曲值和扭转值降低。实际生产检测所有夹杂级别都不高，保证了整体盘条的通条性能稳定性。

脱碳的表面层会形成犬牙状铁素体嵌入基体中从而降低表面硬度，用于拉拔的线材由于内外组织差异会增加变形抗力，而钢坯在加热炉内加热时产生的脱碳是决定线材表面脱碳层深度的主要因素。影响钢坯加热时脱碳的主要因素有：加热温度、加热时间、炉内气氛，根据检测的脱碳层结果0.03mm～0.05mm，完全满足标准的1.5D%以下的要求。证明整体加热炉加热制度的合理性。

2.3 力学性能

产品实物的力学性能检验结果见表5。

5.5mm规格盘条抗拉强度通条的最大及最小抗拉强度满足规格上限及下限，且强度极差为11MPa，抗拉强度极差较小，完全满足标准极差小于60MPa标准要求。工艺过程控制较为稳定，具体见表2。

随机对多炉次盘条抗拉强度I-MR控制图分析，均值为989.8MPa，极差均值6.26MPa。整体生产过程未出现异常点，生产过程控制较为稳定，其为下游用户的加工使用提供了有力保证。如图3所示。

3 结束语

本钢北营公司生产的碳素弹簧钢丝用SWRH67B+Cr盘条采用新工艺控制后，产品通条性能优良，工艺控制合理有效。

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