張才杰,宋金平
(南京鋼鐵聯(lián)合有限公司,江蘇 南京 210035)
彈簧鋼普遍應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車、鐵路等領(lǐng)域,需要較高的疲勞壽命,因此其對(duì)材料的表面質(zhì)量要求極高。為提升彈簧鋼表面質(zhì)量,提高南鋼棒材彈簧的市場競爭力,南鋼為中棒生產(chǎn)線引進(jìn)兩條進(jìn)口的鋼坯修磨線。
彈簧在運(yùn)行過程中要求有較高的疲勞壽命,而表面質(zhì)量對(duì)彈簧疲勞壽命有很大的影響,目前所接觸的多數(shù)彈簧失效均是由于材料表面問題產(chǎn)生。如果彈簧的疲勞壽命達(dá)不到整體設(shè)備的運(yùn)行要求,除了會(huì)造成彈簧斷裂,還會(huì)使設(shè)備整體損壞,可能會(huì)產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)損失。
目前用戶對(duì)彈簧鋼表面要求越來越高,例如60Si2CrVA,客戶要求材料表面不得有發(fā)紋、結(jié)疤、分層等缺陷,為此南鋼在生產(chǎn)過程中制定了多項(xiàng)措施,以提高棒材彈簧鋼表面質(zhì)量[1-3]。
不同客戶要求不同,各類彈簧鋼生產(chǎn)流程不相同,其中主要工藝如下:UHP電弧爐→ LF精煉爐→ VD爐真空處理→連鑄→鑄坯;坯料處理→加熱→軋制→成品檢驗(yàn)→包裝→入庫。
鋼坯修磨線主要由鋼坯進(jìn)料床、V型輥道、拋丸機(jī)、磁粉探傷儀、修磨機(jī)、卸料臺(tái)架等設(shè)備組成;南鋼中棒廠坯料修磨的工藝流程為:吊運(yùn)上料→拋丸→探傷→修磨,修磨放式有全修磨、局部修磨和不修磨三種。
大規(guī)模生產(chǎn)中,連鑄坯表面常出現(xiàn)劃傷、凹陷、渣坑、角裂、皮下氣孔等缺陷,會(huì)對(duì)軋制后的材料表面產(chǎn)生一定的影響。鋼坯修磨線的主要作用是對(duì)鋼材坯料進(jìn)行表面檢查及處理,以消除坯料表面可能產(chǎn)生的缺陷,提高坯料表面質(zhì)量,從而提高軋制成品的表面質(zhì)量。
選用同一組連鑄生產(chǎn)60Si2CrVA的三個(gè)不同爐號(hào)坯料,坯料斷面為175mm×220mm,運(yùn)用不同的坯料表面處理方式進(jìn)行處理,軋制相同規(guī)格的材料。對(duì)此三爐坯料軋制的材料進(jìn)行表面探傷處理,表面探傷標(biāo)準(zhǔn)為0.2mm,對(duì)比不同爐號(hào)材料探傷的合格率。同時(shí)運(yùn)用相同的實(shí)驗(yàn)方法,進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn),經(jīng)過數(shù)據(jù)積累,進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。
將首次選出的三爐坯料記錄為實(shí)驗(yàn)組1,其中第1爐坯料,不進(jìn)行表面處理,坯料編號(hào)為實(shí)驗(yàn)10;第2爐坯料,對(duì)表面檢查中的發(fā)現(xiàn)的所有缺陷進(jìn)行標(biāo)記,缺陷局部修磨處理,坯料編號(hào)為實(shí)驗(yàn)20;第3爐坯料,對(duì)坯料進(jìn)行全修磨處理,坯料編號(hào)為實(shí)驗(yàn)30。不進(jìn)行坯料表面處理的坯料保留原始的連鑄坯的表面,可能存在振痕、凹陷、劃傷等缺陷;局部修磨處理的坯料,可去除肉眼可見缺陷,如凹坑、劃傷等;全修磨處理的坯料,除了能夠消除表面缺陷外,還可以對(duì)坯料的一些淺表缺陷進(jìn)行消除,各種形式坯料處理后的照片如圖1。
圖1 三爐坯料表面處理對(duì)比圖
為避免不同加熱工藝、軋制工藝和操作習(xí)慣對(duì)坯料表面質(zhì)量的影響,將三爐6Si2CrVA實(shí)驗(yàn)鋼坯,以相同加熱工藝加熱、相同控軋控冷工藝軋制,盡量安排同一班次生產(chǎn)同一規(guī)格材料。加熱工藝如表1,軋制工藝如表2。軋后均采用鋸切方式分段,打包采用牛皮紙防護(hù),材料轉(zhuǎn)運(yùn)使用軟吊帶吊運(yùn),防止后續(xù)過程對(duì)表面造成影響。
表1 60Si2CrVA加熱工藝
表2 60Si2CrVA軋制工藝
將組1的三批60Si2CrVA軋材經(jīng)聯(lián)合探傷線拋丸、矯直、探傷,統(tǒng)計(jì)一次探傷合格率為表3。對(duì)探傷后材料的報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行分析,材料表面典型缺陷有翹皮、結(jié)疤、發(fā)紋等,缺陷如圖2。不同的坯料處理方式,對(duì)軋材表面質(zhì)量有較大的影響,對(duì)材料典型缺陷的去除率也各有不同,不同坯料處理下軋材缺陷率為:不修磨>局部修磨>全修磨,且坯料不修磨情況下材料表面產(chǎn)生的缺陷種類較多。
表3 組1一次探傷合格率統(tǒng)計(jì)
圖2 軋材典型缺陷
表4 每組實(shí)驗(yàn)探傷合格率
為了排除實(shí)驗(yàn)結(jié)果的隨機(jī)性,共進(jìn)行了上述實(shí)驗(yàn)10次,每次實(shí)驗(yàn)均按照上述方案進(jìn)行實(shí)施,鋼種均為60Si2CrVA,統(tǒng)計(jì)出每次實(shí)驗(yàn)的一次探傷合格率見表4,計(jì)算各種修磨形式的平均一次探傷合格率見表5。多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)表明坯料修磨更有利于材料表面質(zhì)量的提高。
表5 平均一次探傷合格率
(1)鋼坯經(jīng)修磨后,能有效改善棒材表面質(zhì)量。特別是對(duì)一些用戶要求高,材料實(shí)際用途中對(duì)表面要求高的鋼種的表面質(zhì)量改善有很好的效果。
(2)鋼坯表面修磨對(duì)軋材表面發(fā)紋、結(jié)疤、翹皮等缺陷有很好的抑制作用,可為齒輪鋼、彈簧鋼、軸承鋼等特殊鋼提供表面質(zhì)量提升的解決途徑。