汽车悬架簧用高品质弹簧钢质量控制研究
发布时间：2017-12-19 07:41
本文关键词：汽车悬架簧用高品质弹簧钢质量控制研究
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【摘要】：为适应迅速发展的汽车行业的需要,使国内钢厂能生产出汽车悬架簧用高品质弹簧钢。针对目前国产热轧悬架弹簧钢中存在先共析网状铁素体及严重偏析而引起盘条塑性和加工性能差,以及盘条洁净度差引起疲劳寿命偏低等问题。本文就铝脱氧工艺下精炼渣成分、钙处理及RH真空处理等对弹簧钢洁净度及疲劳寿命的影响;铝脱氧超低氧控制工艺和硅脱氧夹杂物塑性化控制工艺对弹簧钢洁净度及疲劳性能的影响机理对比;改善弹簧钢小方坯中心碳偏析的方法;热轧弹簧钢中不同形态先共析铁素体的形成条件及其对热轧及热处理后弹簧钢组织和力学性能的影响;硼元素对抑制先共网状析铁素体形成,改善弹簧钢塑性、弹减抗力及疲劳寿命的作用等进行了研究。(一)铝脱氧60Si2MnA弹簧钢洁净度的控制及其对疲劳寿命的影响(1)BOF-LF-CC流程铝脱氧工艺生产弹簧钢过程,夹杂物类型变化为Al_2O_3-SiO_2→Al_2O_3-SiO_2-MgO-CaO→Al_2O_3-SiO_2-MgO-CaO-CaS。实际生产控制中间包钢中[Al]s在0.03%左右,[Ca]/[Al]s在0.1左右,可避免水口结瘤。(2)添加CaF_2保证炉渣流动性,提高精炼终渣碱度R(2.3增至4.8)、降低渣中Al_2O_3含量(22.30%降至14.71%)、采用钙处理(R=3.4及5.0)及RH真空处理均能降低弹簧钢盘条中T.[O]含量及夹杂物数量和尺寸,使盘条中夹杂物呈细小弥散分布,促使钢中夹杂物由Al_2O_3-SiO_2-CaO-MgO四元型转变为Al_2O_3-SiO_2-CaO-MgO-CaS五元型,减少了夹杂物与钢基体之间的空洞,提高了弹簧钢室温旋转弯曲疲劳寿命。(3)高碱度(R=5.0)精炼渣能使无钙处理的弹簧钢中T.[O]含量降至12ppm,提高弹簧钢的室温旋转弯曲疲劳寿命至7.8×106次,但其不能取代钙处理工艺。采用高碱度精炼渣并且进行钙处理的冶炼工艺,可生产出T.[O]含量低至7ppm,疲劳寿命高达9.1 ×106次的弹簧钢。(二)脱氧方式对55SiCrA弹簧钢洁净度和疲劳性能的影响(1)Si脱氧夹杂物塑性化工艺生产的弹簧钢中Al_2O_3-SiO_2-CaO类夹杂物变形性好,且与钢基体能紧密接触,T.[O]含量为10ppm;Al脱氧且Ca处理弹簧钢中CaS减少了球形Al_2O_3-CaO-CaS类夹杂物周围空洞的形成,T.[O]含量最低为6ppm;Al脱氧无Ca处理弹簧钢中球形硬性Al_2O_3夹杂物尺寸大且周围空洞最大,T.[O]含量为8ppm。(2)由于Si脱氧夹杂物塑性化弹簧钢、Al脱氧Ca处理及Al脱氧无Ca处理弹簧钢中夹杂物的类型及其周围空洞的差别,造成这三种弹簧钢中夹杂物周围形成的垂直和横向疲劳裂纹的萌生及扩展速率逐渐增加,导致这三种弹簧钢的室温旋转弯曲疲劳寿命依次降低。(3)考虑夹杂物周围的空洞,引入夹杂物收缩系数CC,将疲劳起源裂纹初始等效尺寸由are_(ainclusion)~(1/2)修订为(are_(ainclusion)/(1-CC))~(1/2),由夹杂物实际宽度binclusion或直径dinclusion建立了疲劳断裂夹杂物临界尺寸及疲劳寿命预测模型,预测结果与实验结果相符。(三)60Si2MnA弹簧钢小方坯偏析的控制在1.5m/min拉速,30℃以下过热度条件下,随二冷比水量由0.3L/kg增至1.4L/kg,165mm×165mm断面弹簧钢铸坯中心碳偏析先增加再减小再增加,最佳二冷比水量为1.OL/kg。随末端电磁搅拌电流强度由220A增至380A,中心碳偏析先减小再增加,最佳末端电磁搅拌强度为340A/6Hz。150mm×150mm断面弹簧钢铸坯的中心碳偏析指数更小,且其波动也更小。(四)60Si2MnA弹簧钢组织及力学性能的控制(1)弹簧钢终轧后分别以0.5℃/s、1℃/s及3℃/s、5℃/s的冷速冷却至670℃(珠光体相变自前温度),再均以5℃/s的冷速冷却至室温,获得的弹簧钢中珠光体相差不大,但随冷速增加,先共析铁素体形态由大量网状变为细小弥散块状,其含量由22%降至2%,相应弹簧钢的抗拉强度,面缩率,冲击功及显微硬度均增加,拉伸及冲击断口形貌由沿晶向解理和韧窝转变,弹簧钢力学性能得了到明显改善。(2)随热轧弹簧钢中先共析铁素体由大量网状变为细小弥散块状,先共析铁素体含量减少,弹簧钢的原奥氏体晶粒尺寸减小且更均匀;相应的淬火板条状和片状马氏体及回火屈氏体中αα铁素体相和渗碳体也更加细小均匀,避免了回火屈氏体中渗碳体在晶界聚集。热处理后弹簧钢的抗拉强度及面缩率也增强。(五)硼对55SiCrA弹簧钢力学性能及疲劳寿命的影响55SiCrA硅脱氧弹簧钢中添加硼,能促使800℃下动态再结晶的发生,抑制网状先共析铁素体及粗大珠光体的形成,热处理后弹簧钢含有细小均匀的回火屈氏体。但含43ppm硼的弹簧钢中沿原奥氏体晶界析出了过多的BN及硼铁相,并一直保留至淬回火后,降低弹簧钢塑性及疲劳寿命。本研究中,添加23ppm的硼对提高弹簧钢高温及室温塑性最有利,且增强弹簧钢弹减抗力,使弹簧钢疲劳寿命增加。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF762.5;U463.33
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨俊;杜江;陈波涛;吴俊雄;;超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的影响[J];钢铁;2015年01期
2 汪成义;孙彦辉;葛亮;赵勇;张西超;李明;;连铸小方坯综合凝固系数测定及优化实践[J];炼钢;2014年05期
3 陈连生;沈永革;宋进英;卢s，
本文编号：1307384
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