CN101748243A - 一种制备弹簧钢的方法 - Google Patents
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
公开了一种制备弹簧钢的方法，该方法包括对铁水进行吹炼，然后将钢液和部分钢渣出钢到钢包中进行精炼，对精炼后的钢液进行脱气，以及对脱气后的钢液铸塑成型，所述精炼的方法包括对钢包中的钢液和钢渣进行脱氧和调渣，其中，所述脱氧的方法包括在出钢完毕之前加完第一脱氧剂和在出钢完毕之后向钢液中加入第二脱氧剂，所述第一脱氧剂为不含Al的脱氧剂，所述第一脱氧剂的用量使所述钢渣中FeO+MnO的量不大于2.5重量％，所述第二脱氧剂为铝，所述第二脱氧剂的用量使钢液中Als的含量为0.02-0.04重量％，所述Als为酸溶铝。该方法可大幅度的提高弹簧钢的内在质量，使制成的铁路减振用弹簧连接件的疲劳寿命达到500万次。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备弹簧钢的方法。
背景技术
近期，我国正在实施铁道客运专线的建设，根据规划，我国客运专线大多采用轮轨式高速铁路，火车时速为每小时250公里以上。轮轨式高速铁路必须采用弹簧连接件(钢轨和钢筋枕的弹簧连接件，通常称为弹条或弹簧扣件)减振，而弹簧部件通常在十分恶劣的条件下工作，在目前的铁路运行条件下，要求弹簧钢连接件，特别是60Si2MnA弹簧钢连接件的疲劳寿命必须达到500万次，且疲劳试验后的残余变性量必须小于1毫米，才能满足铁路运营需要。因此，研究开发高质量的弹簧钢十分必要。
CN 1386885A中提供了一种高强度、高塑韧性、低成本的高速列车铁路减振用弹簧钢，该弹簧钢的制备方法包括以下步骤：按照各成分含量分别为：C 0.48-0.54、Mn 1.15-14.5、Si 1.30-1.60、Cr 0.80-1.10、P≤0.020、S≤0.020、V 0.15-0.25、Mo≤0.010，余量为Fe，通过电炉+LF炉精炼+VD真空处理，然后进行模铸、初轧开坯、探伤、修磨、轧制、精整、热处理、包装入库的方法进行，其中，加热的温度为1000-1050℃，开轧的温度为980-1000℃，终轧的温度为830-880℃。通过热处理后具有σb≥1900MPa、σs≥1730MPa、δ≥17％、ψ≥38％的力学性能，但没有公开任何关于弹簧钢疲劳性能的测试数据，以说明该发明钢的疲劳性能是否优良。另外该弹簧钢虽然不含有Ni元素，但与硅锰系弹簧钢现比，还是添加了价格昂贵的V、Cr元素，以及少量的Mo元素，粗约估计即使钢中添加0.15％的V和0.05％的Mo元素，也会使每吨钢的成本增加700元(人民币)以上，实际上经济性并不是十分理想。
CN 1380434A中提供了一种在现有硅锰系弹簧钢的基础上降低C含量，同时添加B元素的方法来降低钢的脱碳倾向、提高钢的淬透性，同时通过改进钢的热处理工艺，获得最佳的力学性能配合(强韧性配合)，使制成的弹簧连接件的疲劳寿命在500万次以上，可满足我国高速铁路减振用弹簧钢的要求。该弹簧钢的制备方法包括以下步骤：对化学成分(以质量百分比计)为：C 0.26-0.42％、Si 1.-2.0％、Mn 0.6-1.0％、P、S≤0.030％、Cr、V、Ni≤0.35％、Cu≤0.25％、Bs 0.003-0.0008％，余量为Fe的钢进行热处理，所述热处理中淬火的介质为水溶液；淬火的温度为800-1000℃，回火的温度为300-480℃。该方法制得的钢中没有添加昂贵的合金元素，从经济性的角度考虑，是优于CN 1386885A中所发明的弹簧钢的。但我国铁道弹簧连接件一直采用60Si2Mn(A)弹簧钢制造，各弹簧连接件生产厂的工艺流程、设备，以及各种生产技术均以60Si2Mn(A)弹簧钢为基础，改用CN 1380434A内的弹簧钢，是要付出投资和时间为代价的。另外，B加入弹簧钢中提高了淬透性，特别适合于大截面的弹簧钢，但对于小截面的弹簧钢，则增加了钢的淬裂倾向，使得热处理工艺很难制定，即使确定了合理的热处理工艺，也会由于每炉钢化学组分的差异，出现淬火不当，导致弹簧钢淬裂，增加工厂废品的现象。由于弹簧连接件大多采用φ14和φ20圆棒的弹簧钢制造，属于小截面弹簧钢，普通硅锰系弹簧钢已完全可满足淬透性的要求，因此，选用含B弹簧钢是不太合适的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的弹簧钢的制备方法不能用于60Si2Mn(A)弹簧钢的缺点，提供一种能够用于制备60Si2Mn(A)弹簧钢的生产方法，可大幅度的提高弹簧钢的内在质量，使制成的铁路减振用弹簧连接件的疲劳寿命达到500万次。
根据本发明的制备弹簧钢的方法，该方法包括对铁水进行吹炼，然后将钢液和部分钢渣出钢到钢包中进行精炼，对精炼后的钢液进行脱气，以及对脱气后的钢液铸塑成型，所述精炼的方法包括对钢包中的钢液和钢渣进行脱氧和调渣，其中，所述脱氧的方法包括在出钢完毕之前加完第一脱氧剂和在出钢完毕之后向钢液中加入第二脱氧剂，所述第一脱氧剂为不含Al的脱氧剂，所述第一脱氧剂的用量使所述钢渣中FeO+MnO的量不大于2.5重量％，所述第二脱氧剂为铝，所述第二脱氧剂的用量使钢液中Als的含量为0.02-0.04重量％，所述Als为酸溶铝。
由于将钢液从转炉出钢到钢包中不可避免地会有部分钢渣随钢液一起带到钢包中，因此精炼的过程既包括去除钢液氧势而产生的脱氧产物和其它夹杂，还包括对钢渣进行脱氧，从而破坏钢液和钢渣之间的氧平衡，使钢液中的氧向钢渣中传递从而获得含氧量低的钢。虽然通常炼钢过程中希望随钢液进入精炼过程的钢渣越少越好，由于目前出钢时不可避免地会夹带有钢渣，而且由于吹炼过程中也会将部分铁氧化成为钢渣，因此，通过精炼还可以从钢渣中回收部分铁。钢渣的密度通常比钢液要小因此出钢后钢渣是浮在钢液上的，本发明的发明人发现，在出完钢之前用不含Al的第一脱氧剂对钢渣和钢液进行脱氧，出钢完毕后向钢包中快速喂入作为第二脱氧剂的Al线，以此保证Al线在钢渣中溶化之前已经进入钢液，来实现Al线仅对钢液进行脱氧，并在随后的炼钢生产中不再加入Al，从而避免了铝将钢渣中的钛还原到钢液中，因此保证制得的钢中Ti的含量不超过0.003％，并有效地提高由此制得的弹簧钢的疲劳寿命。使用本发明的方法生产的弹簧钢制成的弹簧连接件的疲劳寿命达到500万次，且在500万次疲劳试验后弹簧连接件的残余型变量不大于1毫米。
另外，使用本发明的方法生产的弹簧钢，各弹簧连接件生产厂不用改动设备也不用改动现有的炼钢工序的技术参数，就能生产出满足高速铁路减振用的高质量的弹簧连接件产品。
具体实施方式
根据本发明的制备弹簧钢的方法，该方法包括对铁水进行吹炼，然后将钢液出钢到钢包中进行精炼，对精炼后的钢液进行脱气，以及对脱气后的钢液铸造成型，所述精炼的方法包括对钢包中的钢液和钢渣进行脱氧和调渣，其中，所述脱氧的方法包括在转炉出钢完毕之前加完第一脱氧剂和在出钢完毕之后向钢液中加入第二脱氧剂，所述第一脱氧剂为不含Al的脱氧剂，所述第一脱氧剂的用量使所述钢渣中FeO+MnO的量不大于2.5重量％，所述第二脱氧剂为铝，所述第二脱氧剂的用量使钢液中Als的含量为0.02-0.04重量％，所述Als为酸溶铝。
按脱氧工艺类型可大致将钢分为用铝脱氧的铝镇静钢和用硅脱氧的硅镇静钢两种，铝镇静钢具有比硅镇静钢更低的氧平衡浓度，铝镇静钢中的总氧量(T[O])也比硅镇静钢更低，所以大部分厂家采用铝脱氧工艺进行生产，以获得很低氧含量的钢。通常情况下采用铝脱氧时，钢中的酸溶铝(Als)的量通常较高，从而得到含氧量低的钢。但在这种情况下，很容易发生铝的二次氧化，产生大量的不利于疲劳性能的脆性Al2O3夹杂，严重时还会引起水口结瘤造成浇铸困难。通常解决的办法是进行钢液的钙处理，例如采用在高碱度条件下精炼或通过钢液喂含钙线，从而得到低熔点的铝酸钙夹杂物(Cl2A7、C3A、CA，式中C代表CaO，A代表Al2O3)，但是这些铝酸钙夹杂尺寸较大，也不利于弹簧钢的疲劳性能。另外，在采用硅脱氧的情况下，钢中的总氧含量(T[O])较高，这意味着钢中的夹杂总量很高。在此情况下，也不可能得到高疲劳性能的弹簧钢。而本发明的发明人发现，通过本发明的方法，将所述酸溶铝(Als)的含量控制为0.01-0.04重量％，优选为0.02-.04重量％时即可较好地避免上述缺陷的产生，有利于提高钢的抗疲劳性能。钢中的铝分为两种，一种是来不及上浮到钢渣中的脱氧产物Al2O3中的铝，由于Al2O3不能溶于酸中，所以将与氧结合的铝称为酸不溶铝，将其余可被酸溶解的铝称为酸溶铝，酸溶铝常用“Als”表示，钢中酸溶铝和酸不溶铝之和称为全铝，常用“Al”或“Alt”表示。本发明所称的酸溶铝指如以上所描述的存在于钢中可以被酸溶解的铝(Als)，所涉及的对酸溶铝的量的表述也指上述可以被酸溶解的酸溶铝中铝元素的量。
另外，Ti用于固定钢中的氮元素。虽然在完全脱氧的条件下，钢中的Ti形成5微米以上的碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)和碳氮化钛(TiCN)中的一种或几种，它们可阻止奥氏体晶界长大，但是如果钛含量过多则会形成大颗粒的TiC、TiN和TiCN中的一种或几种的粒子，反而极大地恶化钢的韧性和抗疲劳性能。因此需要将钢中的Ti控制在尽可能低的范围内。
本发明提供的制备弹簧钢的方法通过在钢包内进行的精炼脱氧过程中一次加入足量的Al或含有Al的脱氧剂，并在其它的冶炼过程例如吹炼和精炼过程中不再添加Al或含有Al的脱氧剂，仅通过使用不含Al的脱氧剂来对钢渣和钢液进行脱氧，避免了将钢渣中的Ti还原到钢液中，保证了所得弹簧钢中Ti的含量很低，通常不超过0.015重量，优选不超过0.006重量％，更优选不超过0.003重量％，并使由该方法制得的弹簧钢具有较好的抗疲劳性能，保证了由该弹簧钢制得的弹簧连接件的疲劳寿命。
根据本发明提供的方法，所述对铁水进行吹炼的方法可以为本领域所公知的各种吹炼的方法，例如低拉增碳法或高拉补吹法(或称为高拉碳法)。所述低拉增碳法是指不管冶炼何种碳含量范围的钢，在进行转炉吹氧脱碳炼钢的最后将碳的范围均控制到较低的水平，通常为0.03-0.1重量％(例如，冶炼碳含量为0.54-0.64重量％的钢，在转炉内对铁水进行吹炼时，先对铁水进行吹氧脱碳，成为碳含量为0.03-0.1重量％的钢液)，然后加入增碳剂使碳含量达到所需要的水平的方法。所述高拉补吹法是指针对各种碳含量范围要求的钢，在进行转炉吹氧脱碳炼钢的最后将碳的范围控制到略低于成品钢的目标的碳含量，随后少量地(或基本不)向钢液中添加增碳剂的方法。由于低拉增碳法不管冶炼何种钢，其转炉的操作工艺只有一种，即只需对铁水进行吹氧脱碳得到碳含量为0.03-0.1重量％的钢水就可以出钢，而高拉补吹法针对不同的种类的钢需要多种相应的的转炉冶炼工艺，因此低拉增碳法具有更加广泛的适用性，实际上简化了转炉操作，符合工业生产的需求，利于转炉的自动化控制和产量的提高。但是，由于低拉增碳法需要加入增碳剂来提高钢中碳的含量，特别是在冶炼高碳钢时需加入大量的增碳剂，因此增碳剂中的有害元素硫也随同加到了钢液中，增加了随后进行的精炼的难度。而高拉补吹法的正好和低拉增碳法相反，由于其只需要少量地或基本不加入增碳剂量，由此极大地减少了引入的有害元素硫的量，使随后精炼过程中能较容易地将这些有害元素控制在更低的含量上，有利于质量的控制。而弹簧钢属于质量要求很高品种的钢，对其良好的疲劳性能更是具有严格的要求。通常采用转炉流程生产弹簧钢的钢厂认为低拉增碳法难以满足弹簧钢的高质量要求，因此一般采用高拉补吹法进行冶炼限制了炼钢生产的机械化。
本发明的发明人发现，采用低拉增碳法得到碳含量降低至0.3-0.1重量％的钢液，随后加入增碳剂使钢液中的碳含量为0.59-0.64重量％，同时通过从开始出钢到出钢完毕前的过程中，向钢液和钢渣中加完不含铝的脱氧剂进行脱氧精炼，并在出钢完毕后采用在钢包内一次性加入足量的Al对钢液进行脱氧，在其它的冶炼过程例如吹炼和随后进行的精炼过程中不再添加Al或含有Al的脱氧剂，而仅通过不含铝的脱氧剂对钢渣和/或进行脱氧的方法，一方面能减少或避免了Al将钢渣中的Ti还原到钢液中，另一方面，通过该方法能使采用低拉增碳法所引入的硫形成MnS塑性夹杂，对形成的Al2O3脆性夹杂有一定的包裹作用，反而使所制得的弹簧钢的抗疲劳性能得到提高，也即不需要如现有技术所知晓地需要将硫的含量控制得越低对弹簧钢的抗疲劳性能越好，相反，该方法能将硫的含量控制在适当的范围以更好地提高钢的抗疲劳性能。因此本发明优选使用低拉增碳法对铁水进行吹炼，然后将钢液和部分钢渣出钢到钢包中进行精炼的方法来生产较高质量的弹簧钢，具有更广泛的适用性和更简易的操作性，有利于生产的机械化生产，具有更广的推广价值。
更具体地说，所述对铁水进行吹炼，然后将钢液和部分钢渣出钢到钢包中进行精炼的方法包括向铁水中通入氧气并加入造渣剂，得到碳含量为0.03-0.1重量％的钢液，在出钢完毕之前向钢液中加入增碳剂。所述造渣剂可以是本领域常规使用的各种造渣剂，例如可以是石灰和/或白云石，相对于1吨所述铁水，加入造渣剂的量为45-60千克。所述增碳剂可以是本领域常规使用的各种增碳剂，例如可以是无烟煤和/或沥青焦，增碳剂的用量使出钢完毕后钢液中的碳含量为0.59-0.64重量％。
在出钢过程中，不可避免地会有部分钢渣随钢液进入钢包，虽然钢渣中存在的少量铁的氧化物在随后的精炼过程中被还原到钢液中，通常还是希望出钢过程中带入钢包中的钢渣尽量地少，但目前的炼钢技术很难做到这点，通常情况下，相对于每吨铁水带到钢包中的钢渣量约为4-12千克。因而精炼的脱氧过程主要包括去除钢液中残留的硫、氧化产物，例如Al2O3、SiO2等，并降低钢渣的氧势以利于钢液中的氧向钢渣中传递，从而降低钢液中的氧，使钢液得到精炼，同时还包括还原钢渣中的铁的氧化物，以增加铁的利用率。本发明的方法采用在将夹带有部分钢渣的钢液出钢到钢包中的过程中加完第一脱氧剂，也即从开始出钢到出钢完毕前加完不含Al的第一脱氧剂，所加入的第一脱氧剂随着出钢过程中钢液的流动与钢液和钢渣能更充分接触，以尽可能多地脱除钢液和钢渣中的氧。所述第一脱氧剂可以本领域常规使用的各种不含Al的脱氧剂，例如可以是硅粉、碳粉和碳化钙(CaC2)中的一种或几种。由于硅粉会改变精炼渣的碱度，其用量受到较大的限制，因此第一脱氧剂优选为碳化钙和碳粉，更优选为碳化硅。实际生产中，通常采用电石(CaC2含量约为70-90重量％)作为碳化钙的来源。更优选地，所述第一脱氧剂为颗粒形式，且颗粒直径优选不超过1-3毫米。
所述第一脱氧剂的加入的时间可以从开始出钢到出钢完毕前的任何时候，例如可以在进行出钢的同时加入第一脱氧剂，也可以出钢一部分后再加入第一脱氧剂，只要在出钢完毕前将第一脱氧剂加完即可。优选地，在出钢量为总钢液量的1/4-1/2时开始加入所述第一脱氧剂。第一脱氧剂的用量使钢渣中FeO+MnO的量不大于2.5重量％。优选地，相对于每吨的铁水，所述第一脱氧剂的用量为1.5-2.5千克。
对所述增碳剂和第一脱氧剂加入的顺序没有特别的要求，例如可以先加入增碳剂再加入第一脱氧剂，也可以先加入第一脱氧剂再加入增碳剂，或者同时加入增碳剂和第一脱氧剂。优选同时加入增碳剂和第一脱氧剂。更优选地，在加入增碳剂和第一脱氧剂的同时加入硅铁合金和/或硅锰铁合金。可以根据具体的冶炼情况选择本领域公知的各种所述硅铁合金和/或硅锰铁合金的种类和加入的量。
由于钢渣的密度比钢液要小，出钢到钢包中的钢渣通常是以液态渣的形式浮在钢液上。此时向钢液中加入脱氧剂无疑要先经过钢渣，与钢渣接触。为了尽量减少甚至避免钢渣与第二脱氧剂铝的接触，本发明优选采用出钢完毕后向钢包中快速加入Al，使加入的Al还没来得及与浮在钢液上的钢渣反应就已经穿过钢渣到达钢液来脱除钢液中的氧的方法，也即，使加入的Al仅与钢液反应，进一步地降低钢液中的氧并避免了Al将钢渣中的Ti还原到钢液中。优选地，所述加入第二脱氧剂的方法为通过喂线机向钢包中喂入Al线。更优选地，Al线的喂入速度为8-12米/秒。铝线的直径优选为5-12mm，更优选为8-10mm。所述Al线的用量使脱氧后的钢液中氧活度(α[O])不大于20ppm，钢液中Als的含量约为0.02-0.04重量％，优选为0.03-0.04重量％。具体地说，相对于每吨的铁水，所述第二脱氧剂的用量为0.4-0.6千克。进行该步的脱氧后，在随后的炼钢的工序中，不再加入金属Al或含有金属Al的脱氧剂。
所述调渣的方法包括向脱氧后的钢渣和钢液中加入第三脱氧剂和调渣剂，所述第三脱氧剂为不含Al的脱氧剂，第三脱氧剂的用量使钢渣中FeO+MnO的含量不大于1.5重量％。总的原则是使脱氧后的钢渣中FeO+MnO的含量尽可能的低，也就是说，所述1.5重量％表示的是加入第三脱氧剂后钢渣中FeO+MnO的含量的上限值，若第一脱氧剂的用量使钢渣中FeO+MnO的含量为1.5-2.5重量％时，第三脱氧剂的用量至少要使得钢渣中FeO+MnO的含量低于1.5重量％，若第一脱氧剂的用量使钢渣中FeO+MnO的含量已经低于1.5重量％，优选仍然加入第三脱氧剂，进一步降低钢渣中FeO+MnO的含量。更具体地说，相对于每吨铁水所述第三脱氧剂的用量为1-2千克。在此，所述脱氧后的钢渣是指进行所述精炼中的脱氧后的钢渣。所述第三脱氧剂可以为本领域常规使用的各种不含Al的脱氧剂，例如可以是硅粉、碳粉和碳化钙(CaC2)中的一种或几种。由于硅粉会改变精炼渣的碱度，其用量受到较大的限制，因此第三脱氧剂优选为碳化钙和碳粉，更优选为碳化硅。实际生产中，通常采用电石(CaC2含量约为70-90重量％)作为碳化钙的来源。。更优选地，所述第三脱氧剂为颗粒形式，且颗粒直径优选不超过1-3毫米。所述调渣剂的用量使钢渣中CaO和SiO2的重量比(CaO∶SiO2，重量：重量)为3-5，优选为4-5。所述第三脱氧剂可以与第一脱氧剂相同或不同。所述调渣剂可以是本领域常规使用的各种调渣剂，例如所述为石灰和/或萤石。
所述精炼优选在LF炉中进行精炼，所述精炼的温度可以为1500-1565℃，精炼的时间可以为5-20min。
在精炼的过程中，钢液中的C、Si和Mn的含量几乎不会改变，P的含量会有所提高，但不会超过0.03重量％，Ti的含量会稍微增加，但保持在不高于0.02重量％的水平上，而S的含量会有所降低但不会超过0.02重量％，Als的含量会有所降低，达到0.01-0.02重量％的水平。
精炼后，将钢液转入脱气设备中进行脱气。所述脱气的方法可以使用本领域公知的各种脱气的方法，例如真空精炼法(VD法)，或钢液真空循环脱气法(RH法)。优选地，所述脱气的条件包括真空度为300Pa以下，脱气的时间为10-20分钟，优选为12-15分钟。所述真空度指真空循环脱气设备的真空室内的绝对压力。真空度的数值越小，代表该真空室内的空气越少。
对脱气后的钢液铸造成型的方法可以为本领公知的各种方法，例如铸锭或连铸等。优选通过连铸方法对脱气后的钢液铸造成型。更优选地，连铸的温度为1470-1500℃，时间为30-50min。
进一步地，本发明的方法还可以根据所需要加工的弹簧钢产品对铸造成型的钢锭或铸坯进行轧制、精整的步骤。所述轧制、精整的步骤为本领域公知的，没有特别的限定。
根据本发明的方法制得的弹簧钢制成的弹簧钢连接件，其中，以得到弹簧钢的总重量为基准，该弹簧钢中含有0.59-0.64重量％的C、1.6-2重量％的Si、0.6-0.9重量％的Mn、0-0.015重量％的Ti和0.0055-0.03重量％的S，0.01-0.02重量％的Als，余量为铁。
下面结合具体实施例进一步地阐述根据本发明的制备弹簧钢的方法及弹簧钢连接件。
实施例1
本实施例用以说明根据本发明弹簧钢的制备方法。
(1)将135吨铁水(其中含有3.5重量％的C、0.018重量％的S)加入120吨转炉进行吹炼，吹炼过程中加入6.1吨石灰造渣，控制吹炼终点钢液中碳的含量为0.05重量％。在1690℃下出钢到钢包中，出钢到钢包中的钢液的量为125吨，钢渣约为1吨，占炼钢过程中产生的总渣量的15.2重量％，在出钢时开始加入并在出钢完毕前加完820千克的无烟煤、2900千克的硅铁合金(硅含量75％)和1600千克的硅锰铁合金(硅含量18％，锰含量66％)和270千克的电石(其中CaC2的含量为75％)，出钢完毕后钢液中的碳含量为0.59重量％，然后以8米/秒的速度喂入54千克的Al线(Al线的直径为φ10毫米)。随后测得钢液中α[O]为10ppm，钢液中Als的量为0.035重量％、钢渣中FeO的含量为1.5重量％、MnO的含量为0.2重量％。
(2)然后在LF炉精炼钢液。先向钢包中加入135千克的电石，以及600千克的石灰和30千克的萤石，在1525℃下加热12分钟。分析钢包中钢渣中FeO含量小于0.5重量％、MnO含量为0.12重量％、CaO为50.6重量％、SiO2为16.5重量％。钢液中Ti的含量为0.002重量％、Als的含量为0.02重量％、α[O]为1.5ppm。
(3)然后在真空度为10Pa的条件下进行RH法脱气10分钟，然后在6机6流连铸机上浇铸成280×325mm铸坯。铸机强制冷却段冷却速度为24℃/分钟，冷却到1000℃后，采用自然空冷方式冷却到室温，随后在70米长的步进式加热炉内加热到1200℃后，并在950-800-800-850横列式轧机上轧制成150×150mm方钢，方钢自然冷却后，再经过步进式加热炉加热到1150℃后，连轧成φ14的圆棒。
将轧成的φ14的圆棒制成10件弹簧连接件。按照TB/T2329-92中相应的方法进行500万次疲劳试验，500万次疲劳试验结束后，弹簧连接件均保持完好未断裂，按照残余变形＝(∑试验后残余变形)/10计算得到残余变形值为0.19mm。
对比例1
按照实施例1的方法进行制备，不同的是，步骤(1)中从开始出钢到出钢完毕前加150kg铝饼对钢液和钢渣进行脱氧。将轧成的φ14的圆棒制成10件弹簧连接件。按照TB/T2329-92中相应的方法进行500万次疲劳试验，当疲劳试验进行到450万次时发生断裂。
对比例2
按照实施例1的方法进行制备，不同的是，步骤(1)中从开始出钢到出钢完毕前加150kg铝饼对钢液和钢渣进行脱氧，且步骤(2)中向钢包中加入50kg铝丸进行脱氧。将轧成的φ14的圆棒制成10件弹簧连接件。按照TB/T2329-92中相应的方法进行500万次疲劳试验，当疲劳试验进行到380万次时发生断裂。
实施例2
本实施例用以说明根据本发明弹簧钢的制备方法。
(1)将135吨铁水(其中含有3.8重量％的C、0.02重量％的S)加入120吨转炉进行吹炼，吹炼过程中加入8.1吨石灰和白云石造渣，控制吹炼终点钢液中碳的含量为0.03重量％。在1690℃下出钢到钢包中，出钢到钢包中的钢液的量为126吨，钢渣约为1吨，占转炉吹炼后期总渣量的13.1重量％，在出钢时开始加入并在出钢完毕前加完900千克的无烟煤，并在出钢量约为32吨时开始加入并在出钢完毕前加入450千克的电石(其中CaC2的含量为75％)，出钢完毕后钢液中的碳含量为0.64重量％，然后以10米/秒的速度喂入81千克的Al线(铝线的直径为φ8毫米)。此时，钢液中α[O]为15ppm，钢液中Als的量为0.04重量％、钢渣中FeO的含量为1.2重量％、MnO的含量为0.2重量％。
(2)然后在LF炉精炼钢液。先向钢包中加入270千克的电石，以及700千克的石英，在1565℃下加热5分钟。分析钢包中钢渣中FeO为0.5重量％、MnO含量为0.1重量％、CaO为51.5重量％、SiO2为13重量％。精炼后钢液中Ti的含量为0.0015重量％、Als的含量为0.02重量％、α[O]为1.0ppm。
(3)然后在真空度为300Pa的条件下进行RH法脱气20分钟，然后在6机6流连铸机上浇铸成280×325mm铸坯。铸机强制冷却段冷却速度为24℃/分钟，冷却到1000℃后，采用自然空冷方式冷却到室温，随后在70米长的步进式加热炉内加热到1200℃后，并在950-800-800-850横列式轧机上轧制成150×150mm方钢，方钢自然冷却后，再经过步进式加热炉加热到1150℃后，连轧成φ20的圆棒。
将轧成的φ20的圆棒制成10件弹簧连接件。按照TB/T2329-92中相应的方法进行500万次疲劳试验，500万次疲劳试验结束后，弹簧连接件均保持完好未断裂，按照残余变形＝(∑试验后残余变形)/10计算得到残余变形值为0.27mm。
实施例3
本实施例用以说明根据本发明弹簧钢的制备方法。
(1)将135吨铁水(其中含有4重量％的C、0.015重量％的S)加入120吨转炉进行吹炼，吹炼过程中加入7吨石灰，控制吹炼终点钢液中碳的含量为0.04重量％。在1685℃下出钢到钢包中，出钢到钢包中的钢液的量为124吨，钢渣为0.8吨，占转炉吹炼后期总渣量的11.0重量％，在出钢时开始加入并在出钢完毕前加完850千克的无烟煤、2900千克的硅铁合金(硅含量75％)和1600千克的硅锰铁合金(硅含量18％，锰含量66％)，并从出钢量约为60吨开始到出钢完毕前加完320千克的电石(其中CaC2的含量为70％)，出钢完毕后钢液中的碳含量为0.6重量％，然以12米/秒的速度喂入65千克的Al线(铝线的直径为φ9毫米)。此时，钢液中α[O]为10ppm，钢液中Als的量为0.03重量％、钢渣中FeO的含量为1.5重量％、MnO的含量为1重量％。
(2)然后将钢包转入LF炉中进行精炼。先向钢包中加入200千克的电石，以及650千克的石灰和50千克的萤石，在1540℃下加热20分钟。分析钢包中钢渣中FeO为小于0.8重量％、MnO含量为0.1重量％、CaO为56.9重量％、SiO2为12重量％。精炼后钢液中Ti的含量为0.001重量％、Als的含量为0.01重量％、α[O]为2.5ppm。
(3)然后在真空度为200Pa的条件下进行RH法脱气15分钟，然后在6机6流连铸机上浇铸成280×325mm铸坯。铸机强制冷却段冷却速度为24℃/分钟，冷却到1000℃后，采用自然空冷方式冷却到室温，随后在70米长的步进式加热炉内加热到1200℃后，并在950-800-800-850横列式轧机上轧制成150×150mm方钢，方钢自然冷却后，再经过步进式加热炉加热到1150℃后，连轧成φ20的圆棒。
将轧成的φ20的圆棒制成10件弹簧连接件。按照TB/T2329-92中相应的方法进行500万次疲劳试验，500万次的疲劳试验结束后，弹簧连接件均保持完好未断裂，按照残余变形＝(∑试验后残余变形)/10计算得到参与变形值为0.57mm。
实施例4
本实施例用以说明根据本发明弹簧钢的制备方法。
按照实施例1的方法进行制备弹簧钢，不同的是，采用高拉补加法对铁水进行吹炼，即步骤(1)的吹炼过程中加入7吨石灰，控制吹炼终点钢液中碳的含量为0.55重量％，在出钢开始时并在出钢完毕前加完2900千克的硅铁合金(硅含量75％)和1600千克的硅锰铁合金(硅含量18％，锰含量66％)和700千克的电石，然后以11米/秒的速度喂入70千克的Al线(铝线的直径为φ5毫米)。此时，钢包中总含量为10ppm，钢液中Als的量为0.03重量％、钢渣中FeO的含量为1.2重量％、MnO的含量为0.2重量％。
将轧成的φ20的圆棒制成10件弹簧连接件。按照TB/T2329-92中相应的方法进行500万次疲劳试验，500万次疲劳试验结束后，弹簧连接件均保持完好未断裂，按照残余变形＝(∑试验后残余变形)/10计算得到残余变形值为0.27mm。
表1
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Ti | Als | 牌号 | |
| 实施例1 | 0.64 | 1.82 | 0.85 | 0.013 | 0.026 | 0.25 | 0.035 | 0.04 | 0.015 | 0.013 | 60Si2Mn(A) |
| 对比例1 | 0.64 | 1.86 | 0.8 | 0.015 | 0.008 | 0.20 | 0.05 | 0.05 | 0.03 | 0.05 | 60Si2Mn(A) |
| 对比例2 | 0.64 | 1.79 | 0.9 | 0.01 | 0.008 | 0.15 | 0.05 | 0.05 | 0.03 | 0.07 | 60Si2Mn(A) |
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Ti | Als | 牌号 | |
| 实施例2 | 0.63 | 1.65 | 0.74 | 0.017 | 0.0055 | 0.12 | 0.04 | 0.04 | 0.003 | 0.01 | 60Si2Mn(A) |
| 实施例3 | 0.56 | 1.6 | 0.9 | 0.03 | 0.03 | 0.15 | 0.04 | 0.04 | 0.003 | 0.01 | 60Si2Mn(A) |
| 实施例4 | 0.6 | 2 | 0.6 | 0.007 | 0.014 | 0.05 | 0.003 | 0.05 | 0.004 | 0.012 | 60Si2Mn(A) |
根据实施例1-4和对比例1-2的结果可以看出，本发明的弹簧钢中Ti的含量较低，可以通过500万次的疲劳试验，对比例1和对比例2的弹簧钢则没有通过。
Claims (8)
1.一种制备弹簧钢的方法，该方法包括对铁水进行吹炼，然后将钢液和部分钢渣出钢到钢包中进行精炼，对精炼后的钢液进行脱气，以及对脱气后的钢液铸塑成型，所述精炼的方法包括对钢包中的钢液和钢渣进行脱氧和调渣，其特征在于，所述脱氧的方法包括在出钢完毕之前加完第一脱氧剂和在出钢完毕之后向钢液中加入第二脱氧剂，所述第一脱氧剂为不含Al的脱氧剂，所述第一脱氧剂的用量使所述钢渣中FeO+MnO的量不大于2.5重量％，所述第二脱氧剂为铝，所述第二脱氧剂的用量使钢液中Als的含量为0.02-0.04重量％，所述Als为酸溶铝。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于每吨的铁水，所述第一脱氧剂的用量为1.5-2.5千克，所述第二脱氧剂的用量为0.4-0.6千克。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二脱氧剂的加入方法为向钢包中喂铝线，铝线的喂入速度为8-12米/秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对铁水进行吹炼，然后将钢液和部分钢渣出钢到钢包中进行精炼的方法包括向铁水中通入氧气并加入造渣剂，得到碳含量为0.03-0.1重量％的钢液，在出钢完毕之前向钢液中加入增碳剂，所述增碳剂的用量使出钢完毕后钢液中的碳含量为0.59-0.64重量％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调渣的方法包括向脱氧后的钢渣和钢液中加入第三脱氧剂和调渣剂，所述第三脱氧剂为不含Al的脱氧剂，第三脱氧剂的用量使钢渣中FeO+MnO的含量不大于1.5重量％，所述调渣剂的用量使钢渣中CaO和SiO2的重量比为3-5。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于每吨铁水，所述第三脱氧剂的用量为1-2千克。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述不含A1的脱氧剂为碳化钙，所述调渣剂为石灰或石灰和萤石的混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱气的条件包括真空度为300Pa以下，脱气的时间为10-20分钟。
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