面缩率又称减面率，是描述从线材在拉线模内拉拔变形量的术语，是拉拔面积减小量除以进模面积的比例值。面缩率的叫法容易与金属材料拉伸试验法中的“断面收缩率”混淆，因此建议采用减面率代替，钢丝行业俗称为压缩率。

典型的弹簧钢钢种是60Si2Mn(A) ,成分为(% ) : 0. 56～ 0. 64C、1. 50～ 2. 00Si、0. 60～0. 90Mn, 该钢的抗弹减性能较好, 且价格便宜, 但不足之处是淬透性较差(如60Si2M n 钢最适宜制造直径在25mm 以下的螺旋簧、厚度10mm 以下的板簧)。因此, 对弹簧钢的基本要求是保证弹簧在加工过程中不发生断裂现象, 并确保该类钢大规格钢材的断面收缩率合格。在生产较大规格(5> 30mm ) 的弹簧钢过程中有时出现面缩不合的现象, 为了更好、更高质量地满足弹簧钢市场需求, 对此进行了分析研究并提出了相应的整改方案。

70t 超高功率电弧炉→L F 精炼炉→五机五流方坯连铸机→加热炉→十八架粗、中、精轧机→步进式冷床→成品

浇注在五机五流150×150 (mm 2 ) 方坯连铸机上进行。此时, 大包、中间包和水口要烘烤到1000℃以上, 采用保护浇注方式, 水口插入结晶器深度为120mm , 避免结晶器漏水, 使用干燥的保护渣, 防止二冷蒸汽与钢水和保护渣接触, 控制好拉坯速度, 保证二冷喷嘴雾化冷却效果良好, 正常使用结晶器电磁搅拌装置。

通过对断面收缩不合格炉次的工艺参数和试样的统计分析, 发现面缩率随电炉配碳量的增加而增加, 随中包温度的升高而降低, 随规格的增大而降低。而且面缩率亦随连铸坯低倍缺陷的出现而降低。

使用较高的配碳量可以在电炉内较大程度地脱氧和脱气, 从而减少精炼过程中脱氧剂的加入率, 使脱氧产物, 尤其是大颗粒的一次脱氧产物形成量大大降低, 提高了钢的洁净度, 改善了铸坯质量, 使弹簧钢面缩率提高,其原因是降低过热度,可以缩小柱状区长度和钢液的液穴长度, 发展等轴晶区, 使坯芯成分均匀避免中心偏析的发生。实验中统计发现, 过热度在7～ 15℃, 等轴晶率大于55% , 面缩率大于32%。结合试样低倍发现中心碳偏析并不是连续的, 其原因是较高过热度下由于钢液的对流使凝固前沿不稳定, 局部区域柱状晶生长比相邻的快, 造成部分晶体下沉或柱状晶搭桥, 凝固桥面阻碍了上部钢水的补充, 使下面残余的高碳钢液在中心柱状区凝固形成中心碳偏析和缩孔。

在拉伸实验中发现, 试样强度基本不变, 面缩不合的断口是在拉伸至开始不均匀塑性变形(颈缩) 段瞬间形成的, 断口多呈圆形, 也有椭圆形的银色斑点, 断口的中心有暗色的核心; 白点平面垂直于拉伸方向, 断口表面晶粒多数粗于基体晶粒。从结晶器内所取七炉铅笔样的氢分析显示, 其范围为(7. 039～ 5. 99) ×10- 6。而可逆白点仅仅降低钢的塑性是显著的, 而且通过去氢热处理或较长时间的室温放置还可以消除。

由于钢中气体含量较高时, 容易导致皮下气泡、白点、内部气泡和点状偏析、发纹等缺陷。为防止这些缺陷的产生, 对弹簧钢的氢含量一般要求在3×10- 6 以下, 其它钢一般要求在5×10- 6 以下, 对于钢中氧含量, 一般认为高碳钢氧含量低于20×10- 6, 中低碳钢低于30×10- 6, 可防止上述缺陷的产生, 但随着对钢质量要求的提高, 对弹簧钢不仅要求具有高的强度和疲劳极限, 而且要有一定的冲击韧性。尤其是随着汽车、铁路等工业的发展, 对弹簧的抗疲劳和抗减震性能提出了更高的要求。

因此, 为保证弹簧钢的质量, 冶炼工序的主要任务是生产非金属夹杂物总量少, 形态可控的洁净钢液, 具体要求为:

1) 钢中气体含量T〔O 〕≤15×10- 6,〔N 〕≤60×10- 6,〔H〕≤31×0- 6

2) ≤要求钢中残余元素T i≤30×10- 6 , Ca≤10×10- 6

3) 在降低钢中夹杂物总量的基础上, 残余夹杂以细小、均匀、弥散的塑性夹杂为主。

弹簧钢连铸过程, 主要是防止钢液二次氧化和铸坯出现中心裂纹、中心缩孔、中心疏松和中心碳偏析等低倍缺陷, 这些低倍缺陷将导致铸坯性能不均或不合, 并使产材规格受到限制。其中钢液洁净度主要在于保护浇铸, 低倍组织主要在于连铸工艺参数, 为避免和消除中心疏松和中心偏析,控制铸坯的中心致密度, 二冷采用弱冷却制度。连铸工序的主要任务是进一步降低钢中氧含量, 降低钢中化学成分偏析, 改善钢的组织和宏观缺陷,提供表面无缺陷的铸坯。工艺要求为: 全程保护浇铸; 优化中包结构; 低过热度低拉速浇铸; 中包和结晶器保护渣的优化, 结晶器和凝固末段电磁搅拌。

为提高弹簧钢洁净度、减轻铸坯低倍缺陷(特别是缩孔)、中心碳偏析和疏松级别、提高大规格钢材的综合力学性能, 根据目前装备情况, 提高铸坯质量最有效措施是采用低过热度浇注, 。而且由于钢包周转, 在连铸过程中间包温度变化波动小,为低过热度浇注创造了条件。由于钢中氢含量较高易导致“白点”缺陷, 影响力学性能。因此, 针对上述两个方面, 在原来基础上对工艺做适当调整,具体调整如下:

1) 提高电炉配碳量(≥1. 80% ) 和电炉终点碳的命中率, 减少碳粉加入量。

2) 强化合金和渣料的烘烤。

3) 中间包水口换为内径530mm 水口。

4) 在精炼出LF之前加入1. 0kg/t 的硅钡合金(要求Ba≥20% , 并考虑由此引起的增硅量) ,以降低钢中气体含量和降低氧化物夹杂中Al2O3的比例, 防止水口结瘤。

5) 连铸第一炉按正常温度(吊包温度1 555～1 560℃) 上台, 从第二炉开始采用低过热度浇注(吊包温度1 535±5℃) , 从上台到开浇时间间隔小于5m in。控制中间包温度1 480～ 1 495℃。

6) 连铸过程拉速与过热度匹配按表执行。

7) 比水量0. 71/k g。

8) 优化保护渣组成, 降低结晶器热流以细化铸坯晶粒。

9) 对钢坯和材及时进行堆冷, 适当延长钢坯和材的堆冷时间和增加堆冷量, 以保证氢的扩散。

通过对配碳量、脱氧工艺和过热度的调整, 大规格弹簧钢的面缩合格率达85% 以上。