本發(fā)明屬于彈簧鋼的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法。

背景技術(shù)：

彈簧鋼作為重大裝備制造和國家重點(diǎn)工程建設(shè)所需的關(guān)鍵材料，被廣泛用于飛機(jī)、汽車、鐵道車輛等運(yùn)輸工具和工程機(jī)械等各種設(shè)備中，是制造各種螺旋簧、扭簧、板簧及其類似作用的其它形狀彈簧的材料，在高的應(yīng)力狀態(tài)下使用，因此對鋼質(zhì)要求很高，鋼中非金屬夾雜物破壞了基體的連續(xù)性，是造成彈簧早期疲勞、斷裂的主要原因之一，提高疲勞性能成為彈簧鋼研究重點(diǎn)之一。

專利CN104056871B提供一種用于控制夾雜物的彈簧鋼線材生產(chǎn)工藝，通過控制脫氧條件、鋼中夾雜物的析出，保證了彈簧鋼55SiCr鋼中生成具有良好變形能力的低熔點(diǎn)系夾雜物所需要的鋼液成分，其特征是通過低堿度渣系使鋼中夾雜物變性成低熔點(diǎn)硅酸鹽類夾雜物，但此工藝的缺點(diǎn)是易造成鋼中硅酸鹽類夾雜物超標(biāo)。

專利CN102162068B提供了一種彈簧鋼及其制造和熱處理方法，其生產(chǎn)工藝為：電爐-LF-VD-連鑄-軋制-熱處理，其優(yōu)點(diǎn)是通過熱處理工藝能夠獲得需要的強(qiáng)度，不足之處為：精煉渣堿度控制在2.5-3.0，高堿度精煉渣系易導(dǎo)致鋼中B類夾雜物不易去除，影響彈簧鋼的疲勞性能，同時(shí)易在水口處結(jié)瘤而導(dǎo)致水口堵塞影響澆鑄。

專利CN103510020A提供了一種彈簧鋼盤條及其夾雜物控制方法，其通過轉(zhuǎn)爐高碳出鋼和爐后硅錳合金進(jìn)行脫氧，精煉終點(diǎn)鋼中氧含量控制在20-40ppm來保證鋼中夾雜物寬度尺寸不大于10um，夾雜物長寬比大于3。其缺點(diǎn)是鋼中具有較高(20-40ppm)的氧含量，易造成彈簧鋼中非金屬夾雜物增多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，控制彈簧鋼非金屬夾雜物級別，解決因?yàn)閵A雜物超標(biāo)而導(dǎo)致改判的問題，大大降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，包括如下步驟：1)高拉碳工藝進(jìn)行冶煉，2)吹氬處理，3)LF爐精煉，4)真空處理，5)LF軟吹：6)軋制彈簧鋼；尤其是，高拉碳工藝進(jìn)行冶煉時(shí)采用無鋁脫氧，LF爐精煉時(shí)采用低堿度渣工藝。

按上述方案，所述步驟1)中，采用高拉碳工藝，終點(diǎn)C控制在0.10～0.15％，防止鋼水過氧化，鋼水中溶解氧α[O]為200×10^-6～350×10^-6；冶煉末期底吹攪拌，促進(jìn)鋼、渣平衡，保持出鋼過程連續(xù)吹氬，終渣堿度控制目標(biāo)：R≥2.5；采用擋渣板擋渣出鋼，出鋼溫度控制在1650～1670℃，轉(zhuǎn)爐下渣量≤50mm；采用爐外合金化，出鋼過程中進(jìn)行脫氧及合金化，保證C、Mn、Si、Cr在國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中下限，同時(shí)按噸鋼加入活性石灰70～80kg、螢石5～10kg和輕燒鎂球4～5kg造新渣。

優(yōu)選地，所述步驟1)中，出鋼過程中隨鋼水噸鋼加入16-18kg高純硅鐵、6-7kg金屬M(fèi)n，10-12kg高C-Cr鐵等原料進(jìn)行脫氧及合金化，保證C、Mn、Si、Cr在國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中下限。

具體地，所述步驟2)中，到站吹氬后，測溫、取樣，加入合金后再吹氬后起吊至LF爐。其中，加完合金后鋼液成分范圍按質(zhì)量百分比計(jì)為：C 0.56～0.64％、Si 1.60～2.00％、Mn 0.70～1.00％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cu≤0.25％、Ni≤0.35％、Cr≤0.35％。

按上述方案，所述步驟3)中全程保持吹氬，視渣況噸鋼適當(dāng)加入1.5～2.5kg活性石灰、0.8～1.5kg螢石調(diào)整熔渣，渣量控制在1.2～1.5％，精煉渣堿度控制在2.5～3.5；鋼液溫度T≥1550℃時(shí)，取第一樣進(jìn)行成分分析，按內(nèi)控及目標(biāo)成分要求加入合金調(diào)整化學(xué)成分，調(diào)好成分后，嚴(yán)禁大氬量攪拌使鋼水裸露，加熱和吹氬時(shí)間不低于60min。

優(yōu)選地，所述步驟3)中，按內(nèi)控及目標(biāo)成分要求調(diào)整化學(xué)成分，內(nèi)控成分范圍為C0.58～0.62％、Si 1.70～1.90％、Mn 0.70～0.80％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cu≤0.10％、Ni≤0.10％、Cr 0.15～0.25％；目標(biāo)成分為C 0.60％、Si 1.80％、Mn 0.75％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cu≤0.10％、Ni≤0.10％、Cr 0.15～0.25％，主要成分為其范圍下限的加入合金向中限調(diào)，超過其范圍中限的不加該對應(yīng)的合金。

具體地，所述步驟4)中，真空度≤100Pa，真空保持時(shí)間不低于20min。

按上述方案，所述步驟5)中，根據(jù)渣況加入石英石，精煉渣堿度控制在1.20～1.50，精煉渣主要成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：CaO 30～50％，SiO₂ 30～45％，Al₂O₃≤5％，MgO 8～12％，MgO+MnO+CaO 50～60％，F(xiàn)eO≤1.5％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂≤5％，全程吹氬，氬氣流量0.25-0.35MPa，軟吹時(shí)間不低于40min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供了一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，該方法是研究了夾雜物析出的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，通過冶煉時(shí)控制脫氧深度，從而降低氧化物的含量，低堿度渣工藝?yán)趭A雜物塑性化，塑性化的夾雜物易于聚合長大，二次精煉軟吹時(shí)利于上浮去除，從而實(shí)現(xiàn)控制彈簧鋼非金屬夾雜物級別的目的，完全解決因?yàn)閵A雜物超標(biāo)而導(dǎo)致改判的問題，大大降低了生產(chǎn)成本。

2、本發(fā)明中，塑性化的夾雜物有利于彈簧鋼后續(xù)加工，從而提高了產(chǎn)品使用性能，間接的增加了經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為彈簧鋼渣系組成分布。

圖2為典型彈簧鋼夾雜物的形貌。

圖3為典型彈簧鋼夾雜物的能譜。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，包括如下步驟：1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉，2)吹氬處理，3)LF爐精煉，4)真空處理，5)LF軟吹6)軋制彈簧鋼；

1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉：采用高拉碳工藝，終點(diǎn)C控制在0.12％，防止鋼水過氧化，鋼中溶解氧α[O]為287×10^-6；冶煉末期底吹攪拌，促進(jìn)鋼、渣平衡，保持出鋼過程連續(xù)吹氬，終渣堿度控制目標(biāo)：R＝3.0；采用擋渣板擋渣出鋼，出鋼溫度控制在1662℃，轉(zhuǎn)爐下渣量39mm；采用爐外合金化，出鋼過程中隨鋼水噸鋼加入17.6kg高純硅鐵、6.5kg金屬M(fèi)n，11kg高C-Cr鐵等原料進(jìn)行脫氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在標(biāo)準(zhǔn)中下限，同時(shí)按噸鋼加入活性石灰75kg、螢石8.5kg和輕燒鎂球4.3kg造新渣；

2)吹氬處理：到站吹氬3min后，測溫、取樣，加入合金后再吹氬3min后起吊至LF爐；其中，加完合金后鋼液成分中C 0.561％、Si 1.63％、Mn 0.712％、P0.0079％、S0.05％、Cu 0.07％、Ni 0.05％、Cr 0.23％；

3)LF爐精煉：視渣況噸鋼適當(dāng)加入1.8kg活性石灰、1.2kg螢石調(diào)整熔渣，渣量控制在1.27％，精煉渣堿度2.85；鋼液溫度T為1568℃時(shí)，取第一樣進(jìn)行成分分析，按內(nèi)控及目標(biāo)成分要求調(diào)整化學(xué)成分，鋼液成分中為C 0.593％、Si 1.78％、Mn 0.76％、P 0.008％、S0.006％、Cu 0.07％、Ni 0.08％、Cr 0.25％，主要成分為其范圍下限的加入合金向中限調(diào)，超過其范圍中限的不加該對應(yīng)的合金調(diào)好成分后，嚴(yán)禁大氬量攪拌使鋼水裸露，加熱加吹氬時(shí)間68min；

4)真空處理：真空度≤100Pa，真空保持時(shí)間27min；

5)LF軟吹：根據(jù)渣況加入石英石，精煉渣堿度控制在1.27，精煉渣按質(zhì)量百分比計(jì)為：主要成分為：CaO 45.187％，SiO₂ 35.598％，Al₂O₃ 4.2％，MgO 9.13％，MgO+MnO+CaO 55％，F(xiàn)eO 0.65％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 2.16％，全程吹氬，氬氣流量0.28MPa，軟吹時(shí)間47min；

6)軋制彈簧鋼：常規(guī)軋制成Ф8規(guī)格的彈簧鋼。

本實(shí)施例所得彈簧鋼盤條A類0.5、B類0、C類0.5、D類0；其中，典型夾雜物尺寸在3.92um。

實(shí)施例2

一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，包括如下步驟：1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉，2)吹氬處理，3)LF爐精煉，4)真空處理，5)LF軟吹6)軋制彈簧鋼；

1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉：采用高拉碳工藝，終點(diǎn)C控制在0.10％，防止鋼水過氧化，鋼中溶解氧α[O]為347×10^-6；冶煉末期底吹攪拌，促進(jìn)鋼、渣平衡，保持出鋼過程連續(xù)吹氬，終渣堿度控制目標(biāo)：R＝2.8；采用擋渣板擋渣出鋼，出鋼溫度控制在1669℃，轉(zhuǎn)爐下渣量48mm；采用爐外合金化，出鋼過程中隨鋼水噸鋼加入16.3kg高純硅鐵、6.6kg金屬M(fèi)n，11.8kg高C-Cr鐵等原料進(jìn)行脫氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在標(biāo)準(zhǔn)中下限，同時(shí)按噸鋼加入活性石灰76kg、螢石9kg和輕燒鎂球4.8kg造新渣；

2)吹氬處理：到站吹氬3min后，測溫、取樣，加入合金后再吹氬3min后起吊至LF爐；其中，加完合金后鋼液成分中C 0.62％、Si 1.60％、Mn 0.77％、P 0.0125％、S 0.010％、Cu 0.09％、Ni 0.06％、Cr 0.13％；

3)LF爐精煉：視渣況噸鋼適當(dāng)加入1.5kg活性石灰、1.0kg螢石調(diào)整熔渣，渣量控制在1.38％，精煉渣堿度3.2；鋼液溫度T＝1573℃時(shí)，取第一樣進(jìn)行成分分析，按內(nèi)控及目標(biāo)成分要求調(diào)整化學(xué)成分，鋼液成分中為C 0.63％、Si 1.81％、Mn 0.78％、P 0.013％、S0.011％、Cu 0.10％、Ni 0.07％、Cr 0.15％，主要成分為其范圍下限的加入合金向中限調(diào)，超過其范圍中限的不加該對應(yīng)的合金調(diào)好成分后，嚴(yán)禁大氬量攪拌使鋼水裸露，加熱+吹氬時(shí)間63min；

4)真空處理：真空度≤100Pa，真空保持時(shí)間27min；

5)LF軟吹：根據(jù)渣況加入石英石，爐渣堿度控制在1.21，精煉渣主要成分為：CaO38％，SiO₂ 31.40％，Al₂O₃ 3.844％，MgO 11.8％，MgO+MnO+CaO 50％，F(xiàn)eO 0.87％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 3.22％，全程吹氬，氬氣流量0.25MPa，軟吹時(shí)間52min；

6)軋制彈簧鋼：常規(guī)軋制成Ф8規(guī)格的彈簧鋼。

本實(shí)施例所得彈簧鋼盤條A類小于0、B類0、C類0.5、D類0；典型夾雜物尺寸在2.45um。

實(shí)施例3

一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，包括如下步驟：1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉，2)吹氬處理，3)LF爐精煉，4)真空處理，5)LF軟吹6)軋制彈簧鋼；

1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉：采用高拉碳工藝，終點(diǎn)C控制在0.15％，防止鋼水過氧化，鋼中溶解氧α[O]為209×10^-6；冶煉末期底吹攪拌，促進(jìn)鋼、渣平衡，保持出鋼過程連續(xù)吹氬，終渣堿度控制目標(biāo)：R＝3.2；采用擋渣板擋渣出鋼，出鋼溫度控制在1652℃，轉(zhuǎn)爐下渣量47mm；采用爐外合金化，出鋼過程中隨鋼水噸鋼加入17.6kg高純硅鐵、7kg金屬M(fèi)n，11.6kg高C-Cr鐵等原料進(jìn)行脫氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在標(biāo)準(zhǔn)中下限，同時(shí)按噸鋼加入活性石灰72kg、螢石6kg和輕燒鎂球5kg造新渣。

2)吹氬處理：到站吹氬3min后，測溫、取樣，加入合金后再吹氬3min后起吊至LF爐；其中，加完合金后鋼液成分C 0.58％％、Si 1.83％、Mn 0.85％、P 0.009％、S 0.006％、Cu 0.03％、Ni 0.03％、Cr 0.18％；

3)LF爐精煉：視渣況噸鋼適當(dāng)加入2.2kg活性石灰、1.3kg螢石調(diào)整熔渣，渣量控制在1.20％，精煉渣堿度按2.6控制；鋼液溫度T為1558℃時(shí)，取第一樣進(jìn)行成分分析，按內(nèi)控及目標(biāo)成分要求調(diào)整化學(xué)成分，鋼液成分為C 0.65％、Si 1.85％、Mn 0.87％、P 0.009％、S0.005％、Cu 0.05％、Ni 0.07％、Cr 0.21％，主要成分為其范圍下限的加入合金向中限調(diào)，超過其范圍中限的不加該對應(yīng)的合金調(diào)好成分后，嚴(yán)禁大氬量攪拌使鋼水裸露，加熱+吹氬時(shí)間72min；

4)真空處理：真空度≤100Pa，真空保持時(shí)間32min；

5)LF軟吹：根據(jù)渣況加入石英石，爐渣堿度控制在1.32，精煉渣主要成分為：CaO39.6％，SiO₂ 30％，Al₂O₃ 4.2％，MgO 12％，MgO+MnO+CaO 53％，F(xiàn)eO 0.84％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 2.36％，全程吹氬，氬氣流量0.35MPa，軟吹時(shí)間51min；

6)軋制彈簧鋼：常規(guī)軋制成Ф8規(guī)格的彈簧鋼。

本實(shí)施例所得彈簧鋼盤條A類小于0、B類0、C類0、D類0.5；典型夾雜物尺寸在4.6um。

實(shí)施例4

一種降低彈簧鋼夾雜物的冶煉方法，包括如下步驟：1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉，2)吹氬處理，3)LF爐精煉，4)真空處理，5)LF軟吹6)軋制彈簧鋼；

1)采用高拉碳工藝進(jìn)行冶煉：采用高拉碳工藝，終點(diǎn)C控制在0.14％，防止鋼水過氧化，鋼中溶解氧α[O]為228×10^-6；冶煉末期底吹攪拌，促進(jìn)鋼、渣平衡，保持出鋼過程連續(xù)吹氬，終渣堿度控制目標(biāo)：R＝2.7；采用擋渣板擋渣出鋼，出鋼溫度控制在1659℃，轉(zhuǎn)爐下渣量≤50mm；采用爐外合金化，出鋼過程中隨鋼水噸鋼加入16.3kg高純硅鐵、6.2kg金屬M(fèi)n，11.2kg高C-Cr鐵等原料進(jìn)行脫氧及合金化，C，Mn、Si、Cr在標(biāo)準(zhǔn)中下限，同時(shí)按噸鋼加入活性石灰80kg、螢石10kg和輕燒鎂球4.6kg造新渣。

2)吹氬處理：到站吹氬3min后，測溫、取樣，加入合金后再吹氬3min后起吊至LF爐；其中，加完合金后鋼液成分C 0.57％、Si 1.73％、Mn 0.81％、P 0.005％、S 0.005％、Cu0.02％、Ni 0.05％、Cr 0.21％；

3)LF爐精煉：視渣況噸鋼適當(dāng)加入1.8kg活性石灰、1.2kg螢石調(diào)整熔渣，渣量控制在1.48％，精煉渣堿度3.2；鋼液溫度T為1563℃時(shí)，取第一樣進(jìn)行成分分析，按內(nèi)控及目標(biāo)成分要求調(diào)整化學(xué)成分，鋼液成分為C 0.63％、Si 1.79％、Mn 0.83％、P 0.005％、S0.0045％、Cu 0.03％、Ni 0.07％、Cr 0.22％，主要成分為其范圍下限的加入合金向中限調(diào)，超過其范圍中限的不加該對應(yīng)的合金調(diào)好成分后，加熱+吹氬時(shí)間79min；

4)真空處理：真空度≤100Pa，真空保持時(shí)間35min；

5)LF軟吹：根據(jù)渣況加入石英石，爐渣堿度控制在1.49，精煉渣主要成分為：CaO49.3％，SiO₂ 33.04％，Al₂O₃ 3.844％，MgO 9.2％，MgO+MnO+CaO 59％，F(xiàn)eO 1.2％，K₂O+Cr₂O₃+TiO₂ 4.62％，全程吹氬，氬氣流量0.25-0.35MPa，軟吹時(shí)間不低于40min；

6)軋制彈簧鋼：常規(guī)軋制成Ф8規(guī)格的彈簧鋼。

本實(shí)施例所得彈簧鋼盤條A類小于0、B類0、C類0、D類0；典型夾雜物尺寸在2.13um。

圖1是統(tǒng)計(jì)最近生產(chǎn)軟吹后精煉渣控制結(jié)果，圖2-3為在該渣系下典型夾雜物尺寸大小和成分情況，低堿度精煉渣使彈簧鋼夾雜物成分趨近于Al₂O₃-SiO₂-CaO系統(tǒng)中低熔點(diǎn)塑性化區(qū)間，塑性化的夾雜物易于聚合長大，二次精煉軟吹時(shí)利于上浮去除，從而實(shí)現(xiàn)對彈簧鋼非金屬夾雜尺寸的控制，使得夾雜物的平均尺寸更小，分布更均勻。本發(fā)明所述方法冶煉的彈簧鋼，常規(guī)軋制成Ф8規(guī)格后，彈簧鋼盤條A類小于1.0、B類0-0.5、C類0-0.5、D類0-0.5；典型夾雜物尺寸在2～5um。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。