面縮率

面縮率又稱減面率，是描述從線材在拉線模內拉拔變形量的術語，是拉拔面積減小量除以進模面積的比例值。面縮率的叫法容易與金屬材料拉伸試驗法中的“斷面收縮率”混淆，因此建議採用減面率代替，鋼絲行業俗稱為壓縮率。

基本介紹

• 中文名：減面率
• 外文名：reduction of area
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 別稱：減面率
• 釋義：線材在拉線模內拉拔變形量

簡介

典型的彈簧鋼鋼種是60Si2Mn(A) ,成分為(% ) : 0. 56～ 0. 64C、1. 50～ 2. 00Si、0. 60～0. 90Mn, 該鋼的抗彈減性能較好, 且價格便宜, 但不足之處是淬透性較差(如60Si2M n 鋼最適宜製造直徑在25mm 以下的螺旋簧、厚度10mm 以下的板簧)。因此, 對彈簧鋼的基本要求是保證彈簧在加工過程中不發生斷裂現象, 並確保該類鋼大規格鋼材的斷面收縮率合格。在生產較大規格(5> 30mm ) 的彈簧鋼過程中有時出現面縮不合的現象, 為了更好、更高質量地滿足彈簧鋼市場需求, 對此進行了分析研究並提出了相應的整改方案。

生產工藝流程

70t 超高功率電弧爐→L F 精煉爐→五機五流方坯連鑄機→加熱爐→十八架粗、中、精軋機→步進式冷床→成品

澆注在五機五流150×150 (mm 2 ) 方坯連鑄機上進行。此時, 大包、中間包和水口要烘烤到1000℃以上, 採用保護澆注方式, 水口插入結晶器深度為120mm , 避免結晶器漏水, 使用乾燥的保護渣, 防止二冷蒸汽與鋼水和保護渣接觸, 控制好拉坯速度, 保證二冷噴嘴霧化冷卻效果良好, 正常使用結晶器電磁攪拌裝置。

彈簧鋼面縮不格的成因及分析

通過對斷面收縮不合格爐次的工藝參數和試樣的統計分析, 發現面縮率隨電爐配碳量的增加而增加, 隨中包溫度的升高而降低, 隨規格的增大而降低。而且面縮率亦隨連鑄坯低倍缺陷的出現而降低。

使用較高的配碳量可以在電爐內較大程度地脫氧和脫氣, 從而減少精煉過程中脫氧劑的加入率, 使脫氧產物, 尤其是大顆粒的一次脫氧產物形成量大大降低, 提高了鋼的潔淨度, 改善了鑄坯質量, 使彈簧鋼面縮率提高,其原因是降低過熱度,可以縮小柱狀區長度和鋼液的液穴長度, 發展等軸晶區, 使坯芯成分均勻避免中心偏析的發生。實驗中統計發現, 過熱度在7～ 15℃, 等軸晶率大於55% , 面縮率大於32%。結合試樣低倍發現中心碳偏析並不是連續的, 其原因是較高過熱度下由於鋼液的對流使凝固前沿不穩定, 局部區域柱狀晶生長比相鄰的快, 造成部分晶體下沉或柱狀晶搭橋, 凝固橋面阻礙了上部鋼水的補充, 使下面殘餘的高碳鋼液在中心柱狀區凝固形成中心碳偏析和縮孔。

在拉伸實驗中發現, 試樣強度基本不變, 面縮不合的斷口是在拉伸至開始不均勻塑性變形(頸縮) 段瞬間形成的, 斷口多呈圓形, 也有橢圓形的銀色斑點, 斷口的中心有暗色的核心; 白點平面垂直於拉伸方向, 斷口表面晶粒多數粗於基體晶粒。從結晶器內所取七爐鉛筆樣的氫分析顯示, 其範圍為(7. 039～ 5. 99) ×10- 6。而可逆白點僅僅降低鋼的塑性是顯著的, 而且通過去氫熱處理或較長時間的室溫放置還可以消除。

由於鋼中氣體含量較高時, 容易導致皮下氣泡、白點、內部氣泡和點狀偏析、發紋等缺陷。為防止這些缺陷的產生, 對彈簧鋼的氫含量一般要求在3×10- 6 以下, 其它鋼一般要求在5×10- 6 以下, 對於鋼中氧含量, 一般認為高碳鋼氧含量低於20×10- 6, 中低碳鋼低於30×10- 6, 可防止上述缺陷的產生, 但隨著對鋼質量要求的提高, 對彈簧鋼不僅要求具有高的強度和疲勞極限, 而且要有一定的衝擊韌性。尤其是隨著汽車、鐵路等工業的發展, 對彈簧的抗疲勞和抗減震性能提出了更高的要求。

因此, 為保證彈簧鋼的質量, 冶煉工序的主要任務是生產非金屬夾雜物總量少, 形態可控的潔淨鋼液, 具體要求為:

1) 鋼中氣體含量T〔O 〕≤15×10- 6,〔N 〕≤60×10- 6,〔H〕≤31×0- 6

2) ≤要求鋼中殘餘元素T i≤30×10- 6 , Ca≤10×10- 6

3) 在降低鋼中夾雜物總量的基礎上, 殘餘夾雜以細小、均勻、彌散的塑性夾雜為主。

彈簧鋼連鑄過程, 主要是防止鋼液二次氧化和鑄坯出現中心裂紋、中心縮孔、中心疏鬆和中心碳偏析等低倍缺陷, 這些低倍缺陷將導致鑄坯性能不均或不合, 並使產材規格受到限制。其中鋼液潔淨度主要在於保護澆鑄, 低倍組織主要在於連鑄工藝參數, 為避免和消除中心疏鬆和中心偏析,控制鑄坯的中心緻密度, 二冷採用弱冷卻制度。連鑄工序的主要任務是進一步降低鋼中氧含量, 降低鋼中化學成分偏析, 改善鋼的組織和巨觀缺陷,提供表面無缺陷的鑄坯。工藝要求為: 全程保護澆鑄; 最佳化中包結構; 低過熱度低拉速澆鑄; 中包和結晶器保護渣的最佳化, 結晶器和凝固末段電磁攪拌。

改進措施

為提高彈簧鋼潔淨度、減輕鑄坯低倍缺陷(特別是縮孔)、中心碳偏析和疏鬆級別、提高大規格鋼材的綜合力學性能, 根據目前裝備情況, 提高鑄坯質量最有效措施是採用低過熱度澆注, 。而且由於鋼包周轉, 在連鑄過程中間包溫度變化波動小,為低過熱度澆注創造了條件。由於鋼中氫含量較高易導致“白點”缺陷, 影響力學性能。因此, 針對上述兩個方面, 在原來基礎上對工藝做適當調整,具體調整如下:

1) 提高電爐配碳量(≥1. 80% ) 和電爐終點碳的命中率, 減少碳粉加入量。

2) 強化合金和渣料的烘烤。

3) 中間包水口換為內徑530mm 水口。

4) 在精煉出LF之前加入1. 0kg/t 的矽鋇合金(要求Ba≥20% , 並考慮由此引起的增矽量) ,以降低鋼中氣體含量和降低氧化物夾雜中Al2O3的比例, 防止水口結瘤。

5) 連鑄第一爐按正常溫度(吊包溫度1 555～1 560℃) 上台, 從第二爐開始採用低過熱度澆注(吊包溫度1 535±5℃) , 從上台到開澆時間間隔小於5m in。控制中間包溫度1 480～ 1 495℃。

6) 連鑄過程拉速與過熱度匹配按表執行。

7) 比水量0. 71/k g。

8) 最佳化保護渣組成, 降低結晶器熱流以細化鑄坯晶粒。

9) 對鋼坯和材及時進行堆冷, 適當延長鋼坯和材的堆冷時間和增加堆冷量, 以保證氫的擴散。

總結

通過對配碳量、脫氧工藝和過熱度的調整, 大規格彈簧鋼的面縮合格率達85% 以上。