本發(fā)明涉及一種彈簧用鋼，特別涉及一種車輛卷簧用5.1mm以上厚度高塑性熱軋酸洗鋼板及其制造方法；具體而言，涉及用連鑄板坯、熱連軋方式生產(chǎn)的厚度為5.1-8.5mm、寬度為1000-1300mm的車輛卷簧用高塑性熱軋酸洗鋼板，屬于鐵基合金。

背景技術(shù)：

1、硅錳彈簧鋼是目前使用最廣泛的彈簧鋼品種之一，熱處理后由于具有良好的彈塑性，能夠承受較大的變形而不斷裂，因此產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于螺旋形彈簧、扁形彈簧。但與大多數(shù)高碳工具鋼一樣，由于碳含量高，生產(chǎn)過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)組織偏析、晶間氧化，表層脫碳等問題，且通常隨著鋼板寬度、厚度的增加，上述問題更為明顯，無法滿足需承受高負(fù)荷應(yīng)力大型車輛用板簧、卷簧的使用壽命要求，因此，該產(chǎn)品傳統(tǒng)上只能使用小方坯生產(chǎn)寬度600mm以內(nèi)的熱軋窄帶鋼，對于該類產(chǎn)品的應(yīng)用帶來一定的限制。

2、近期，隨著隨著技術(shù)的進(jìn)步，部分企業(yè)已可以生產(chǎn)寬度600mm左右的寬板鋼卷。

3、申請公布號cn114807555a的中國專利申請公開了一種高碳高硅彈簧鋼熱連軋鋼帶的生產(chǎn)方法，鋼板厚度為2.5-14mm、寬度800-1650mm，該方法采用850～920℃精軋溫度，稀疏冷卻的層流冷卻方式，680～720℃卷取溫度，可制造屈服強(qiáng)度為500～650mpa，抗拉強(qiáng)度rm為900～1030mpa，斷后伸長率a50大于8％的熱軋鋼板；其公開的實(shí)施例中，4.0-14.0mm鋼板的延伸率為10-18％；鋼板的延伸率低。

4、對于熱軋鋼板而言，隨著鋼板厚度的增加，為降低卷取機(jī)張力，卷取溫度通常需要增加10-20℃，但同時(shí)，隨著厚度的增加，鋼板芯部與表面的溫差也同時(shí)增加，熱軋卷取后鋼板實(shí)際冷速與薄料有較大不同，這就伴隨著奧氏體-珠光體相變發(fā)生的時(shí)間轉(zhuǎn)變，因而影響最終產(chǎn)品組織形態(tài)及產(chǎn)品性能，為保證性能的穩(wěn)定性，厚板實(shí)際需要下調(diào)卷取溫度。實(shí)際生產(chǎn)中，5mm以下薄規(guī)格產(chǎn)品的表層、芯部溫差小，一般可忽略厚度對實(shí)際溫降的影響，但超過5mm的厚規(guī)格產(chǎn)品，卷取工藝則需根據(jù)上述二者的平衡進(jìn)行合理設(shè)定。就鋼板組織而言，卷取溫度越高，最終組織晶粒也更為粗大，帶鋼強(qiáng)度下降，塑性提高。

5、此外，對于彈簧鋼類高合金鋼種，由于si含量極高，熱軋鋼板通常塑性較低，在隨后酸洗開卷，尤其是厚規(guī)格寬板開卷時(shí)，由于熱軋卷需承受一定的反向折彎，斷裂風(fēng)險(xiǎn)極高，一直是該類鋼種厚板酸洗的技術(shù)難題。同時(shí)，在熱軋過程中不可避免的會(huì)在鋼基和氧化鐵皮界面形成硅酸鐵釘扎，大幅提高氧化鐵皮去除難度，并在熱軋后緩冷過程中，si在鋼基與氧化鐵皮界面聚集形成的高耐蝕合金氧化物進(jìn)一步提高了該類鋼種氧化鐵皮的去除難度。

6、因此，現(xiàn)有技術(shù)不能生產(chǎn)出高塑性、組織性能優(yōu)良的寬厚板酸洗彈簧鋼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種車輛卷簧用5.1mm以上厚度高塑性熱軋酸洗鋼板及其制造方法，主要解決現(xiàn)有厚度為5.1～8.5mm、寬度為1000～1300mm的車輛卷簧用熱軋酸洗鋼板塑性性能低、酸洗難和表面氧化鐵皮去除困難的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)思路是，通過熱軋加熱工藝、軋制工藝以及緩冷工藝等工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)厚度為5.1～8.5mm、寬度為1000～1300mm的車輛卷簧用熱軋酸洗鋼板組織均勻性及強(qiáng)度、塑性要求；酸洗工藝上，通過酸洗工藝的合理設(shè)置，實(shí)現(xiàn)厚規(guī)格熱軋高si鋼種氧化鐵皮的高效去除。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種車輛卷簧用5.1mm以上厚度高塑性熱軋酸洗鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為：c：0.56％～0.63％，si：1.6％～2.0％，mn：0.7％～1.0％，p≤0.020％，s≤0.005％，al≤0.01％，n≤0.004％，cr：0.1％～0.2％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)元素。

4、本發(fā)明熱軋酸洗鋼板的金相組織為少量鐵素體+珠光體；按美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)

5、《astme45-13測定鋼中夾雜物含量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，采用方法a檢驗(yàn)鋼板中夾雜物，其中，夾雜物a類、b類、c類、d類均在2.0級以下；厚度為5.1～8.5mm、寬度為1000～1300mm的熱軋酸洗鋼板的屈服強(qiáng)度rp0.2為500～600mpa，抗拉強(qiáng)度rm為900～1050mpa，斷后伸長率為18％～25％；熱軋酸洗鋼板單側(cè)脫碳層深度≤1.5％×鋼板厚度；25°彎曲試驗(yàn)，d＝2a合格。

6、本發(fā)明所述的高塑性熱軋酸洗鋼板的化學(xué)成分限定在上述范圍內(nèi)的理由如下：

7、c：碳是影響鋼板退火、淬火后強(qiáng)度、硬度的主要元素，但c含量越高，脫碳傾向越大，表面淬透性及耐疲勞性都會(huì)受到一定影響。本發(fā)明設(shè)定的c含量為0.56％～0.63％。

8、si：可大幅提高鋼的彈性極限，是彈簧鋼最重要的抗彈減元素。此外，由于si具有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)，由于顯著降低鋼的臨界冷速，因此可提高鋼的淬透性。本技術(shù)中，由于采用超低al設(shè)計(jì)，因此si作為冶煉時(shí)的脫氧劑，還可提高脫氧、脫硫能力。但同時(shí)，高si鋼種在熱軋時(shí)在鋼板表面易形成硅酸鐵類氧化鐵皮，大幅提升常規(guī)酸洗難度。綜合考慮產(chǎn)品性能要求及一貫制制造工藝能力，本發(fā)明設(shè)定的si為1.6～2.0％。

9、mn：錳是提高淬透性最有效的元素之一，也是固溶強(qiáng)化元素，同時(shí)，與硅適當(dāng)配比，可減少由于硅造成的脫碳現(xiàn)象。但錳含量過高容易造成板坯偏析，影響熱軋板的組織均勻性。本發(fā)明設(shè)定mn為0.7％～1.0％。

10、s、p：是鋼中的雜質(zhì)元素，含量應(yīng)越低越好，同時(shí)，s在鋼中易形成mns，影響疲勞性性能，考慮到經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)現(xiàn)性，本發(fā)明設(shè)定，s≤0.005％，p≤0.020％。

11、al：是強(qiáng)氧化性形成元素，可有效減少鋼中的氧化物夾雜、純凈鋼質(zhì)，多作為鋼中的脫氧劑。但同時(shí)，形成的al2o3顆粒較大，且不具有塑性，在加工和使用過程中難以變形構(gòu)成應(yīng)力集中，會(huì)對彈簧鋼的塑性、疲勞強(qiáng)度有一定的影響。本技術(shù)采用超低鋁、硅脫氧設(shè)計(jì)，可極大提高鋼質(zhì)純凈度，全氧含量可控制在0.004％以下。本發(fā)明設(shè)定al≤0.01％。

12、cr：是能夠顯著提高淬透性的元素，同時(shí)，是強(qiáng)碳化物形成元素，能強(qiáng)烈阻止碳在奧氏體的擴(kuò)散，因而降低碳的擴(kuò)散系數(shù)，降低脫碳傾向。同時(shí)在回火時(shí)，可使鋼中碳化物細(xì)小均勻，有效抑制低溫回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變，因此回火穩(wěn)定性好。本發(fā)明限定cr含量為0.1％～0.2％。

13、n：在鋼中易與合金元素形成細(xì)微氮化物，在彈簧鋼回火過程中可能二次析出導(dǎo)致鋼的韌性下降，因此本發(fā)明限定n≤0.004％。

14、一種車輛卷簧用5.1mm以上厚度高塑性熱軋酸洗鋼板的制造方法，該方法包括：

15、鋼水經(jīng)連鑄得到連鑄板坯，所述鋼水化學(xué)成分的重量百分比為：c：0.56％～0.63％，si：1.6％～2.0％，mn：0.7％～1.0％，p≤0.020％，s≤0.005％，al≤0.01％，n≤0.004％，cr：0.1％～0.2％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)元素；板連鑄板坯的厚度為210～230mm，寬度為1000～1300mm，長度為5000～8500mm；控制連鑄板坯中夾雜物等級≤2.0級；

16、連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱后進(jìn)行熱軋，連鑄板坯進(jìn)加熱爐采用熱裝熱送方式，連鑄板坯進(jìn)加熱爐的溫度≥400℃，加熱爐內(nèi)空氣過剩系數(shù)為0.95～1.00，連鑄板坯的加熱溫度為1200～1260℃，加熱時(shí)間為180～240min；所述熱軋為兩段式軋制工藝，粗軋為6道次連軋，在奧氏體再結(jié)晶溫度以上軋制，粗軋結(jié)束溫度為1040～1100℃；控制粗軋后中間坯厚度為40～44mm；精軋為7道次連軋，精軋結(jié)束溫度為860～900℃；精軋后，控制鋼板厚度為5.1～8.5mm；層流冷卻采用前段冷卻，冷卻速度為5～8℃/s；層流冷卻結(jié)束溫度為650～685℃；卷取溫度為640～675℃時(shí)卷取得熱軋鋼卷；

17、卷取后的熱軋鋼卷緩慢冷卻，熱軋鋼卷冷卻至200℃的冷卻速度為7～10℃/h；

18、熱軋鋼卷重新開卷后經(jīng)推拉式酸洗、漂洗、烘干、涂油，卷取得到成品熱軋酸洗鋼板，所述推拉式酸洗采用鹽酸酸洗液；酸洗溫度為80～90℃，酸洗時(shí)間為100～150s；熱軋鋼板依次經(jīng)過第一酸槽、第二酸槽和第三酸槽內(nèi)鹽酸酸洗液的酸洗，第一酸槽、第二酸槽和第三酸槽內(nèi)鹽酸的質(zhì)量濃度分別為80～120g/l、120～160g/l、100～180g/l；第一酸槽、第二酸槽和第三酸槽內(nèi)fe2+的質(zhì)量濃度分別為50～80g/l、20～40g/l、5～10g/l；所述鹽酸酸洗液中添加有體積濃度為0.8‰～1.2‰的酸洗促進(jìn)劑，酸洗促進(jìn)劑為磷酸鹽和羥酸鹽的混合物。

19、本發(fā)明采取的生產(chǎn)工藝的理由如下：

20、1、連鑄板坯進(jìn)入加熱爐的溫度、連鑄板坯加熱溫度和加熱時(shí)間的設(shè)定

21、車輛卷簧用鋼由于合金含量高，從冷態(tài)快速加熱會(huì)產(chǎn)生一定熱應(yīng)力造成板坯變形或開裂，因此，通常要求連鑄板坯切割后熱態(tài)入爐，連鑄板坯進(jìn)加熱爐采用熱裝熱送方式，連鑄板坯進(jìn)入加熱爐的溫度≥400℃；板坯進(jìn)入加熱爐后，隨著溫度升高逐漸奧氏體化，可明顯改善板坯凝固過程中帶來的各類成分、組織偏析。一般而言，加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，成分、組織均勻性越好，但彈簧鋼由于硅含量高，升溫過程中會(huì)加大脫碳傾向，脫碳層的深度會(huì)隨之增加，不利于表面質(zhì)量。本發(fā)明設(shè)定連鑄板坯加熱溫度為1200～1260℃，加熱時(shí)間為180～240min；考慮加熱爐內(nèi)氣氛對脫碳的影響，本發(fā)明設(shè)定加熱爐內(nèi)空氣過剩系數(shù)為0.95～1.0。

22、2、精軋結(jié)束溫度、層流冷卻方式、層流冷卻速度、層流冷卻結(jié)束溫度和卷取溫度的設(shè)定

23、精軋結(jié)束溫度設(shè)定一般是為了保證整個(gè)板坯充分在奧氏體區(qū)軋制，避免軋制末期兩相區(qū)軋制帶來混晶。軋后層流冷速及卷取溫度的設(shè)定主要考慮彈簧鋼的最終組織形態(tài)。經(jīng)研究，當(dāng)冷速1℃/s時(shí)，鐵素體相變開始溫度ar3為720℃，結(jié)束相變ar1溫度670℃，珠光體開始相變溫度670℃，結(jié)束相變溫度600℃。通常，卷取溫度越低，冷速越快，珠光體團(tuán)塊尺寸越小，片層間距細(xì)密，強(qiáng)度上升，塑性下降。隨著卷曲溫度的上升，珠光體相變更加充分，晶粒增大、片層間距增加，通常塑性會(huì)有所改善，但珠光體過度粗化，塑性反而會(huì)有所下降，因此，并非卷取溫度越高，帶鋼塑性越好。同時(shí)，對于以珠光體為大部分組分的亞共析鋼而言，珠光體、鐵素體形態(tài)同樣對塑性會(huì)產(chǎn)生顯著影響：相較在珠光體相間網(wǎng)狀分布的鐵素體，片間距粗、細(xì)勻分布的塊狀珠光體會(huì)對塑性有明顯改善。因此，優(yōu)良的強(qiáng)塑性，需卷取溫度與冷卻速度的合理搭配控制。

24、此外，卷取溫度還會(huì)對熱軋鋼板的氧化鐵皮厚度、結(jié)構(gòu)及組成造成明顯影響，一般而言，卷取溫度越高，氧化鐵皮越厚、鋼基與氧化鐵皮界面聚集的合金氧化物越多、生成的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)也更為致密，因此，酸洗難度也越大。因此，綜合考慮最終產(chǎn)品的強(qiáng)度、塑性要求，厚度為5.1～8.5mm鋼板自身的溫降特性、厚度增加對卷取機(jī)的影響及后續(xù)酸洗工藝要求，本技術(shù)設(shè)定精軋結(jié)束溫度為860～900℃，層流冷卻采用前段式冷卻控制，冷卻速度為5～8℃/s，層流冷卻結(jié)束溫度為650～685℃；卷取溫度為640～675℃。

25、3、熱軋鋼卷緩慢冷卻速度的設(shè)定

26、車輛卷簧用鋼冷卻工藝的制定主要考慮鋼板卷取后在隨后逐漸冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變及組織均勻性。研究表明，當(dāng)冷卻速度≤7℃/s時(shí)，硅錳彈簧鋼中組織為鐵素體+珠光體，冷速太快，殘余先共析鐵素體會(huì)影響淬透性，冷速太慢，一方面增加生產(chǎn)周期，成本上升，同時(shí)，更長的保溫時(shí)間珠光體可能過度粗化，塑性降低。同時(shí)，冷速過快還會(huì)不同程度的導(dǎo)致鋼卷內(nèi)部組織不均，從而造成內(nèi)應(yīng)力增大，在分條剪切時(shí)，厚度為5.1～8.5mm鋼板易發(fā)生脆斷或切口質(zhì)量不良。因此，本技術(shù)的冷卻工藝設(shè)定要求卷取盡快進(jìn)入緩冷墻或緩冷罩冷卻，熱軋鋼卷冷卻至200℃的冷卻速度為7～10℃/h。

27、4、酸洗工藝的設(shè)定

28、車輛卷簧用鋼由于si含量較高，氧化鐵皮基底層存在一層高耐蝕硅酸鐵，并在熱軋卷取后的緩冷階段，與fe0的先共析產(chǎn)物fe3o4混合在一起成為一層高致密氧化層，極大地提高的了酸洗后期的酸洗難度。此外，在緩冷長時(shí)間高溫低氧狀態(tài)下，層冷階段生成的疏松fe0幾乎全部轉(zhuǎn)化為致密的先共析fe3o4及共析fe3o4+fe的混合產(chǎn)物，導(dǎo)致該鋼種酸洗難度大幅提升。

29、本技術(shù)通過研究發(fā)現(xiàn)，通過控制不同酸洗階段酸洗液內(nèi)的關(guān)鍵組分，并添加以強(qiáng)化界面反應(yīng)為主要作用的酸洗促進(jìn)劑，可有效提高酸洗速度，因此，本技術(shù)在推拉式鹽酸酸洗的工藝條件下，設(shè)定如下酸洗工藝：推拉式酸洗采用鹽酸酸洗液；酸洗溫度為80～90℃，酸洗時(shí)間為100～150s；熱軋鋼板依次經(jīng)過第一酸槽、第二酸槽和第三酸槽內(nèi)鹽酸酸洗液的酸洗，第一酸槽、第二酸槽和第三酸槽內(nèi)鹽酸的質(zhì)量濃度分別為80～120g/l、120～160g/l、100～180g/l；第一酸槽、第二酸槽和第三酸槽內(nèi)fe2+的質(zhì)量濃度分別為50～80g/l、20～40g/l、5～10g/l；所述鹽酸酸洗液中添加有體積濃度為0.8‰～1.2‰的酸洗促進(jìn)劑，酸洗促進(jìn)劑為磷酸鹽和羥酸鹽的混合物。

30、本發(fā)明方法生產(chǎn)的熱軋酸洗鋼板的金相組織為少量鐵素體+珠光體；按美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)《astme45-13測定鋼中夾雜物含量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，采用方法a檢驗(yàn)鋼板中夾雜物，其中，夾雜物a類、b類、c類、d類均在2.0級以下；厚度為5.1～8.5mm、寬度為1000～1300mm的熱軋酸洗鋼板的屈服強(qiáng)度rp0.2為500～600mpa，抗拉強(qiáng)度rm為900～1050mpa，斷后伸長率為18％～25％；熱軋酸洗鋼板單側(cè)脫碳層深度≤1.5％×鋼板厚度；25°彎曲試驗(yàn)，d＝2a合格。

31、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下積極效果：1、本發(fā)明采用高si+超低鋁設(shè)計(jì)，提高鋼質(zhì)純凈度，滿足車輛卷簧用鋼高疲勞要求；通過熱軋加熱工藝、軋制工藝以及緩冷工藝等工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)厚度為5.1～8.5mm、寬度為1000～1300mm的車輛卷簧用熱軋酸洗鋼板高強(qiáng)度、高塑性的性能要求。2、本發(fā)明通過熱軋工藝及酸洗工藝的合理設(shè)置，實(shí)現(xiàn)厚度為5.1～8.5mm、寬度為1000～1300mm的車輛卷簧用熱軋酸洗鋼板順利開卷及熱軋鋼板表面氧化鐵皮的高效去除。