50CrMnMoVNb彈簧扁鋼產(chǎn)品的開發(fā)

宋維兆

（新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠）

1 前言

某板簧公司向八鋼公司求購50CrMnMoVNb彈簧扁鋼，要求規(guī)格：28×90(mm)、31×90(mm)、37×90(mm)、38×90(mm)、38×100(mm)5 個規(guī)格。其中，31×90(mm)、37×90(mm)、38×90(mm)、38×100(mm)為平面矩形彈扁，28×90(mm)為常規(guī)平面半圓弧彈扁，要求產(chǎn)品按技術(shù)協(xié)議交貨。鋼中C含量0.52%～0.60%，屬于中碳鋼。50CrMnA彈簧扁鋼強(qiáng)度高、淬透性好，但導(dǎo)熱性較差、回火脆性敏感，一般用于制造承載負(fù)荷較重、應(yīng)力較大的板簧。

八鋼具有開發(fā)彈扁鋼種的成功經(jīng)驗，已開發(fā)生產(chǎn) 彈 簧 扁 鋼 鋼 種 有 60Si2Mn、50CrVA、SUP9、51CrV4、52CrMnA等。根據(jù)客戶的要求及八鋼公司裝備及工藝現(xiàn)狀，在50Cr鋼種開發(fā)中添加了釩、鈮合金，起到細(xì)化晶粒的作用，提高鋼的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度。對50CrMnMoVNb彈簧扁鋼生產(chǎn)的可行性進(jìn)行了分析，并結(jié)合八鋼公司生產(chǎn)彈簧扁鋼鋼種的經(jīng)驗，確定了50CrMnMoVNb彈簧扁鋼的產(chǎn)品開發(fā)方案。

2 產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議性能要求

交貨硬度≤360HBW，鋼材奧氏體晶粒度≥7級，總脫碳層厚度≤1.5%×鋼材厚度，扁鋼顯微組織應(yīng)為“珠光體+鐵素體”，疏松、偏析各級不大于2級，夾雜物粗系A(chǔ)、B不大于1.5級，細(xì)系不大于2.0級，粗系C、D級不大于1.0級，細(xì)系不大于1.5級，屈服強(qiáng)度Rp0.2不小于1300N/mm2，抗拉強(qiáng)度Rm不小于1500 N/mm2，斷后伸長率不小于7%，斷后延伸率不小于30%。

3 50CrMnMoVNb彈簧扁鋼的工藝控制

50CrMnMoVNb彈簧扁鋼工藝流程：KR脫硫裝置—150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐—150tLF爐—10機(jī)10流連鑄機(jī)（結(jié)晶器電磁攪拌+末端電磁攪拌）—小型軋制-檢驗-標(biāo)識-入庫

3.1 冶煉控制技術(shù)

3.1.1 轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)

轉(zhuǎn)爐終點［C］≥0.10%，［P］≤0.010%，［S］≤0.020%。脫氧合金化標(biāo)準(zhǔn)：電石0.5～1.5kg/t，鋁鐵0～1.5kg/t，硅鈣鋇 1.0～1.5kg/t

3.1.2 精煉冶煉過程的控制

LF精煉時間不小于40min，白渣精煉時間不小于15 min，喂鈣線150～200m/爐，軟吹時間不小于8 min成品酸溶鋁的含量≥0.006%，鋼水精煉上前必須將鋼中酸溶鋁控制在約0.010%，精煉補(bǔ)加鋁鐵，必須在前期一次加入，嚴(yán)禁在精煉后期進(jìn)行補(bǔ)加鋁鐵操作。

3.1.3 連鑄過程的控制

（1）連鑄全程保護(hù)澆注，大包長水口及中包浸入式水口均采用密封墊+氬封保護(hù)，嚴(yán)禁敞開澆注。

（2）采用兩段電磁攪拌，結(jié)晶器電磁攪拌+末端電磁攪拌，開機(jī)第一爐電流380A，連澆爐電流320A，頻率4HZ。末端電磁攪拌參數(shù)：開機(jī)第一爐電流340A，連澆爐電流300A，頻率8HZ。

（3）中包過熱度控制目標(biāo)：第一爐≤80℃、連澆爐次10～35℃。連鑄的最高拉速不大于2.4m/min，正?？刂圃?.0～2.2 m/min。

（4）每個中包的頭爐的頭坯和最后一爐的尾坯，每流必須割除10m以上。對于水口結(jié)瘤引流、翻鋼水、液面異常波動、換水口、中包液面低于15t的鋼坯，確定準(zhǔn)確位置，必須割除干凈，以免進(jìn)入軋鋼工序。

（5）二冷配水技術(shù)采用5#弱冷配水曲線配水。

（6）結(jié)晶器澆注方式為自動澆注，保持結(jié)晶器液面穩(wěn)定，保持“黑面操作”，不得出現(xiàn)鋼液面裸露現(xiàn)象。加減拉速必須平穩(wěn)、緩慢，按每次0.1m/min一檔加減，每次加減間隔時間≥5秒。非正常狀況下最高拉速可在原拉速下提高0.1m/min。鋼水緊張情況下，拉速不得低于1.6m/min，中包最低噸位不得低于15t，中間包噸位低于15t時將鑄坯挑出。結(jié)晶器液面采用自動澆注控制，液面波動控制在±5mm以下，如超標(biāo)將結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面波動大于5mm的鑄坯挑出。因流動性差等造成的短時間內(nèi)自動澆注無法投入時將鑄坯挑出。

3.2 軋制控制技術(shù)要求

坯料規(guī)格 150×150（mm）：成品規(guī)格（mm），28×90、31×90、37×90、38×90、38×100。

3.2.1 加熱制度

根據(jù)50CrMnMoVNb彈簧鋼的特性，確定的加熱工藝制度見表1。

表1 加熱工藝制度

3.2.2 孔型設(shè)計

（1）28×90(mm)為常規(guī)平面半圓弧采用28×90（mm）SUP9軋制工藝制度。

（2）31×90(mm)依據(jù)原有平面半圓弧立軋孔型T10，重新設(shè)計了平面矩形立軋孔型T17，37×90(mm)、38×90(mm)、38×100(mm)平面矩形彈扁考慮孔型通用性重新設(shè)計K4、K2立軋孔型，如圖1、圖2所示。

圖1 31×90(mm)平面矩形彈扁K2、K4立軋箱型孔改型

圖 2 37×90(mm)、38×90(mm)、38×100(mm)平面矩形彈扁K2、K4立軋箱型孔設(shè)計

（3）28×90(mm)采用總軋制道次12道次8#空過，其余4種規(guī)格均采用總軋制道次11道次8#9#空過，5種規(guī)格均使用13#出成品軋制程序。

（4）K1～K7孔型系統(tǒng)采用：平—立箱—平—立箱—平—平—平孔型系統(tǒng)。

3.2.3 50CrMnMoVNb各規(guī)格成品線速度控制軋制

根據(jù)紅條尺寸、延伸率要求及新設(shè)計的軋制孔型，確定各規(guī)格的成品線軋制速度：38×100(mm)平面矩形彈扁為1.2m/s，38×90(mm)平面矩形彈扁為1.3m/s，37×90(mm)平面矩形彈扁為 1.3m/s，31×90(mm)平面矩形彈扁為 1.6m/s，28×90(mm)平面半圓弧彈扁為1.8m/s.

3.3 控冷工藝要求

50CrMnMoVNb軋后冷卻溫度控制見表2。

表2 50CrMnMoVNb軋后冷卻溫控

4 生產(chǎn)試制過程中出現(xiàn)的問題及解決措施

4.1 出現(xiàn)的問題

（1）成品脫方：首次試生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)彈扁軸錯2mm，斷面呈平行四邊形，見圖3。

圖3 矩形彈扁正常截面與脫方截面對比

（2）彈扁側(cè)面劃線嚴(yán)重：技術(shù)人員在現(xiàn)場查找產(chǎn)生劃線的問題，發(fā)現(xiàn)自3#剪剪后到活動裙板之間的溜槽寬度只有105mm，同時側(cè)導(dǎo)輥向內(nèi)延伸2mm，38×100(mm)50CrMnMoVNb彈扁熱軋態(tài)尺寸寬度約在100.5mm，彈扁在裙板中運行幾乎無間隙，熱軋態(tài)38×100(mm)彈扁側(cè)面與溜槽接觸便形成成品深度約0.5～1mm通條劃線。

（3）剪切蹦料及端部裂紋：剪切時剪切斷面蹦料嚴(yán)重，下線堆冷后斷面出現(xiàn)宏觀裂紋自中心向兩邊擴(kuò)展。

4.2 解決措施

（1）針對成品脫方的處理：后K1進(jìn)口由滑動導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)為滾動導(dǎo)衛(wèi)，有效避免了料型在孔型內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，成品界面為規(guī)整的矩形（見圖4）。

圖4 K1進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)

（2）針對彈扁側(cè)面劃線的問題：將裙板溜槽寬度由105mm拓寬至150mm，同時對溜槽上側(cè)導(dǎo)輥布置由左右非對稱布置改為左右對稱布置，使軋件在裙板中運行時始終沿中線運行，與溜槽始終保持合適的間隙。裙板溜槽改進(jìn)見圖5。

圖5 50CrMnMoVNb彈扁溜槽改造示意圖

（3）針對剪切蹦料端部裂紋的解決措施：分析認(rèn)為鋼材軋后冷卻速度快造成鋼的殘余奧氏體增加，而殘余奧氏體低溫組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力和剪切應(yīng)力的疊加是產(chǎn)生鋼材由內(nèi)部微裂紋向端部宏觀裂紋轉(zhuǎn)變的重要原因。因此，在軋制該鋼種時適當(dāng)提高加熱溫度，加快冷床移動速度，提高剪切溫度，同時修建緩冷坑，抑制內(nèi)部微觀裂紋向端部宏觀裂紋轉(zhuǎn)變。

采取的措施：寬度90系列多倍尺空3步，單倍尺空4步；寬度100/120系列多倍尺空4步，單倍尺空5步；冷床以前的設(shè)備出現(xiàn)任何生產(chǎn)或設(shè)備事故，精整設(shè)備不得停機(jī)，直至將冷床所有倍尺剪切打捆吊至保溫坑貨位。

5 生產(chǎn)試制結(jié)果

對生產(chǎn)試制產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測，試制產(chǎn)品性能均合格,尺寸及表面質(zhì)量、低倍、夾雜物、晶粒度和脫碳層等檢測指標(biāo)全部達(dá)到要求，軋制性能指標(biāo)高于技術(shù)協(xié)議要求。選取28×90（mm)平面半圓弧彈扁，37×90(mm)平面矩形彈扁性能指標(biāo)具體說明，見表3，表4，和技術(shù)協(xié)議要求指標(biāo)對比見圖6。

圖6 彈扁性能指標(biāo)與技術(shù)協(xié)議要求對比

表3 彈簧扁鋼低倍組織檢驗結(jié)果

表4 非金屬夾雜物檢驗結(jié)果

6 結(jié)論

2019年4月八鋼公司成功地開發(fā)的5個規(guī)格50CrMnMoVNb彈簧扁鋼,供用戶使用并獲得好評，已形成批量生產(chǎn)。2019年38×90（mm）、38×100（mm）規(guī)格矩形扁鋼50CrMnMoVNb用于制作汽車導(dǎo)向梁，銷售447t，邊際貢獻(xiàn)約1560元/t；彈簧扁鋼50CrMnMoVNb制作重卡板簧，銷售730t，邊際貢獻(xiàn)1850元/t，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。