淺談坯料修磨對棒材彈簧表面質(zhì)量影響

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，除了會造成彈簧斷裂，還會使設(shè)備整體損壞，可能會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前用戶對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)過程中制定了多項措施，以提高棒材彈簧鋼表面質(zhì)量[1-3]。

1 彈簧鋼生產(chǎn)工藝流程

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→包裝→入庫。

2 坯料修磨對60Si2CrVA材料表面質(zhì)量的影響

2.1 坯料修磨

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，會對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。

2.2 實(shí)驗方案

選用同一組連鑄生產(chǎn)60Si2CrVA的三個不同爐號坯料，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，對比不同爐號材料探傷的合格率。同時運(yùn)用相同的實(shí)驗方法，進(jìn)行多組實(shí)驗，經(jīng)過數(shù)據(jù)積累，進(jìn)一步驗證實(shí)驗結(jié)果的可靠性。

2.3 坯料處理

將首次選出的三爐坯料記錄為實(shí)驗組1，其中第1爐坯料，不進(jìn)行表面處理，坯料編號為實(shí)驗10；第2爐坯料，對表面檢查中的發(fā)現(xiàn)的所有缺陷進(jìn)行標(biāo)記，缺陷局部修磨處理，坯料編號為實(shí)驗20；第3爐坯料，對坯料進(jìn)行全修磨處理，坯料編號為實(shí)驗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比圖

2.4 加熱軋制

為避免不同加熱工藝、軋制工藝和操作習(xí)慣對坯料表面質(zhì)量的影響，將三爐6Si2CrVA實(shí)驗鋼坯，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)過程對表面造成影響。

表1 60Si2CrVA加熱工藝

表2 60Si2CrVA軋制工藝

2.5 聯(lián)合探傷

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)計一次探傷合格率為表3。對探傷后材料的報警點(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，對軋材表面質(zhì)量有較大的影響，對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

圖2 軋材典型缺陷

3 重復(fù)實(shí)驗

表4 每組實(shí)驗探傷合格率

為了排除實(shí)驗結(jié)果的隨機(jī)性，共進(jìn)行了上述實(shí)驗10次，每次實(shí)驗均按照上述方案進(jìn)行實(shí)施，鋼種均為60Si2CrVA，統(tǒng)計出每次實(shí)驗的一次探傷合格率見表4，計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)驗統(tǒng)計的數(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

4 結(jié)語

（1）鋼坯經(jīng)修磨后，能有效改善棒材表面質(zhì)量。特別是對一些用戶要求高，材料實(shí)際用途中對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。