本文關(guān)鍵詞：汽車懸架簧用高品質(zhì)彈簧鋼質(zhì)量控制研究

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【摘要】：為適應(yīng)迅速發(fā)展的汽車行業(yè)的需要,使國內(nèi)鋼廠能生產(chǎn)出汽車懸架簧用高品質(zhì)彈簧鋼。針對(duì)目前國產(chǎn)熱軋懸架彈簧鋼中存在先共析網(wǎng)狀鐵素體及嚴(yán)重偏析而引起盤條塑性和加工性能差,以及盤條潔凈度差引起疲勞壽命偏低等問題。本文就鋁脫氧工藝下精煉渣成分、鈣處理及RH真空處理等對(duì)彈簧鋼潔凈度及疲勞壽命的影響;鋁脫氧超低氧控制工藝和硅脫氧夾雜物塑性化控制工藝對(duì)彈簧鋼潔凈度及疲勞性能的影響機(jī)理對(duì)比;改善彈簧鋼小方坯中心碳偏析的方法;熱軋彈簧鋼中不同形態(tài)先共析鐵素體的形成條件及其對(duì)熱軋及熱處理后彈簧鋼組織和力學(xué)性能的影響;硼元素對(duì)抑制先共網(wǎng)狀析鐵素體形成,改善彈簧鋼塑性、彈減抗力及疲勞壽命的作用等進(jìn)行了研究。(一)鋁脫氧60Si2MnA彈簧鋼潔凈度的控制及其對(duì)疲勞壽命的影響(1)BOF-LF-CC流程鋁脫氧工藝生產(chǎn)彈簧鋼過程,夾雜物類型變化為Al_2O_3-SiO_2→Al_2O_3-SiO_2-MgO-CaO→Al_2O_3-SiO_2-MgO-CaO-CaS。實(shí)際生產(chǎn)控制中間包鋼中[Al]s在0.03%左右,[Ca]/[Al]s在0.1左右,可避免水口結(jié)瘤。(2)添加CaF_2保證爐渣流動(dòng)性,提高精煉終渣堿度R(2.3增至4.8)、降低渣中Al_2O_3含量(22.30%降至14.71%)、采用鈣處理(R=3.4及5.0)及RH真空處理均能降低彈簧鋼盤條中T.[O]含量及夾雜物數(shù)量和尺寸,使盤條中夾雜物呈細(xì)小彌散分布,促使鋼中夾雜物由Al_2O_3-SiO_2-CaO-MgO四元型轉(zhuǎn)變?yōu)锳l_2O_3-SiO_2-CaO-MgO-CaS五元型,減少了夾雜物與鋼基體之間的空洞,提高了彈簧鋼室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞壽命。(3)高堿度(R=5.0)精煉渣能使無鈣處理的彈簧鋼中T.[O]含量降至12ppm,提高彈簧鋼的室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞壽命至7.8×106次,但其不能取代鈣處理工藝。采用高堿度精煉渣并且進(jìn)行鈣處理的冶煉工藝,可生產(chǎn)出T.[O]含量低至7ppm,疲勞壽命高達(dá)9.1 ×106次的彈簧鋼。(二)脫氧方式對(duì)55SiCrA彈簧鋼潔凈度和疲勞性能的影響(1)Si脫氧夾雜物塑性化工藝生產(chǎn)的彈簧鋼中Al_2O_3-SiO_2-CaO類夾雜物變形性好,且與鋼基體能緊密接觸,T.[O]含量為10ppm;Al脫氧且Ca處理彈簧鋼中CaS減少了球形Al_2O_3-CaO-CaS類夾雜物周圍空洞的形成,T.[O]含量最低為6ppm;Al脫氧無Ca處理彈簧鋼中球形硬性Al_2O_3夾雜物尺寸大且周圍空洞最大,T.[O]含量為8ppm。(2)由于Si脫氧夾雜物塑性化彈簧鋼、Al脫氧Ca處理及Al脫氧無Ca處理彈簧鋼中夾雜物的類型及其周圍空洞的差別,造成這三種彈簧鋼中夾雜物周圍形成的垂直和橫向疲勞裂紋的萌生及擴(kuò)展速率逐漸增加,導(dǎo)致這三種彈簧鋼的室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞壽命依次降低。(3)考慮夾雜物周圍的空洞,引入夾雜物收縮系數(shù)CC,將疲勞起源裂紋初始等效尺寸由are_(ainclusion)~(1/2)修訂為(are_(ainclusion)/(1-CC))~(1/2),由夾雜物實(shí)際寬度binclusion或直徑dinclusion建立了疲勞斷裂夾雜物臨界尺寸及疲勞壽命預(yù)測模型,預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。(三)60Si2MnA彈簧鋼小方坯偏析的控制在1.5m/min拉速,30℃以下過熱度條件下,隨二冷比水量由0.3L/kg增至1.4L/kg,165mm×165mm斷面彈簧鋼鑄坯中心碳偏析先增加再減小再增加,最佳二冷比水量為1.OL/kg。隨末端電磁攪拌電流強(qiáng)度由220A增至380A,中心碳偏析先減小再增加,最佳末端電磁攪拌強(qiáng)度為340A/6Hz。150mm×150mm斷面彈簧鋼鑄坯的中心碳偏析指數(shù)更小,且其波動(dòng)也更小。(四)60Si2MnA彈簧鋼組織及力學(xué)性能的控制(1)彈簧鋼終軋后分別以0.5℃/s、1℃/s及3℃/s、5℃/s的冷速冷卻至670℃(珠光體相變自前溫度),再均以5℃/s的冷速冷卻至室溫,獲得的彈簧鋼中珠光體相差不大,但隨冷速增加,先共析鐵素體形態(tài)由大量網(wǎng)狀變?yōu)榧?xì)小彌散塊狀,其含量由22%降至2%,相應(yīng)彈簧鋼的抗拉強(qiáng)度,面縮率,沖擊功及顯微硬度均增加,拉伸及沖擊斷口形貌由沿晶向解理和韌窩轉(zhuǎn)變,彈簧鋼力學(xué)性能得了到明顯改善。(2)隨熱軋彈簧鋼中先共析鐵素體由大量網(wǎng)狀變?yōu)榧?xì)小彌散塊狀,先共析鐵素體含量減少,彈簧鋼的原奧氏體晶粒尺寸減小且更均勻;相應(yīng)的淬火板條狀和片狀馬氏體及回火屈氏體中αα鐵素體相和滲碳體也更加細(xì)小均勻,避免了回火屈氏體中滲碳體在晶界聚集。熱處理后彈簧鋼的抗拉強(qiáng)度及面縮率也增強(qiáng)。(五)硼對(duì)55SiCrA彈簧鋼力學(xué)性能及疲勞壽命的影響55SiCrA硅脫氧彈簧鋼中添加硼,能促使800℃下動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生,抑制網(wǎng)狀先共析鐵素體及粗大珠光體的形成,熱處理后彈簧鋼含有細(xì)小均勻的回火屈氏體。但含43ppm硼的彈簧鋼中沿原奧氏體晶界析出了過多的BN及硼鐵相,并一直保留至淬回火后,降低彈簧鋼塑性及疲勞壽命。本研究中,添加23ppm的硼對(duì)提高彈簧鋼高溫及室溫塑性最有利,且增強(qiáng)彈簧鋼彈減抗力,使彈簧鋼疲勞壽命增加。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF762.5;U463.33

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號(hào)：1307384