冷轧工艺对62Si2MnA合金弹簧钢带最终性能的影响

1、冷轧工艺对62Si2MnA合金弹簧钢带最终机械性能的影响严家高（宝钢股份特殊钢分公司，上海200940）摘要:本文针对62Si2MnA合金弹簧钢带在大变形量冷轧过程中容易产生开 裂问题，根据多年的实际生产经验，总结出了一套切实可行的冷轧工艺方法，从 而使62Si2MnA合金弹簧钢带的大变形量冷轧成为可能。关键词:大变形量冷轧62Si2MnA合金弹簧钢带 机械性能Abstract： The 62Si2MnA alloy spring steel strip tends to crack during the cold rolling with a high reduction. This art

2、icle offered a practical technique of cold rolling based on the production experience of many years， that make it possible for the rold-strip with a high reduction to come true.Key words： cold rolling with a high reduction 62Si2MnA alloy spring steel strip mechanical properties0前言：62Si2MnA合金弹簧钢带具有很好

3、的抗弹减性能，钢带被制作成盘簧、弹簧 挡环、碟形弹簧、垫圈等小型弹性元件，用于钟表和定时器发条、汽车等安全带 弹簧、机床和纺机等收线弹簧以及精密仪器仪表弹簧等。实践证明，62Si2MnA合金弹簧钢带只有经过大变形量（ 70%）冷轧 加工后才能获得优良的综合机械性能，这是由其强化方法与途径所决定的 1 62Si2MnA合金弹簧钢带的强化方法与途径62Si2MnA合金弹簧钢带的强化方法有三种：1）冷变形强化；2）马氏体相变 强化；3）综合强化。1.1冷变形强化弹簧钢冷变形强化方法有多种，但对于制造很薄的钢带来说，相对应用较多 的是索氏体冷变形强化。冷变形前，钢的原始组织是索氏体，其特征是细片状珠

4、光体。它可以通过索氏体化或正火处理后得到，也可以通过热轧时的控轧控冷工 艺得到。索氏体钢经冷轧变形后，显著提高了其抗拉强度和硬度。据测定，当 62Si2MnAt冈带的单个轧程冷轧形变量累积达到70%左右时，抗拉强度。b可以 达到 13501400MPa，HV410。1.2马氏体相变强化马氏体相变强化是Si-Mn合金弹簧钢带应用较广泛的一种方法。经检测， 62Si2MnA钢带冷轧后经淬火和回火处理，抗拉强度 b = 16001900Mpa, HV=580620。1.3综合强化在实际生产中，62Si2MnA合金弹簧钢带主要采用综合强化技术来提高综合 机械性能的。其方法是：在室温下对钢带进行大形变量

5、( =7080%)冷轧，使钢内部产生大量 Z的结构缺陷，以后通过快速加热淬火，使这些结构缺陷及其冷变形织构遗传给奥 氏体，继而遗传给马氏体。为了使冷变形所产生的结构缺陷更完整地遗传给奥氏 体，可在形变后进行一次中间回火(回火温度为300400C)，使铁素体内部产 生多边化，并形成柯氏气团，将位错钉扎牢靠1。这样，材料就可以得到更好的 强韧性。2典型案例某专业卷簧厂长期采用62SiMnA制作钟表发条，在大量的生产实践中发现: 将厚度为2.75mm或3.0mm的热轧钢带直接冷轧至0.85mm以下，累积形变量N 70%，以后不论其成品厚度和轧程数多少，最终经淬火和回火处理后测定，发条 的小力矩值为1

6、718 N - cm，大于标准值16.5 N - cm，表明材料弹性好。而如 果将热轧钢带在冷轧前进行退火处理或第一轧程的冷轧形变量70%，则最终产 品的发条小力矩值仅为1516 Ncm，达不到标准要求，表明材料弹性差。由此可见，实现大变形量冷轧加工是该材料发挥其特性的关键。3实现冷轧大变形量的加工方法由于62Si2MnA合金弹簧钢带的冷加工性能较差，因此，良好的热轧钢带的 组织性能仅仅为冷轧大变形量提供了一种可能性，要确保大变形量冷轧得以实 现，还需要一套科学合理的冷轧加工方法。3.1合理的压下量分配为了确保弹簧的使用性能，62Si2MnA合金弹簧钢带第一轧程的理想变形量 e70%，需要轧制

7、多个道次来完成。Si-Mn合金弹簧钢的加工硬化曲线见图 3-12，它的回归方程式为：K=(165 3- 63 2+8.45 + 0.5)X1000( 0 0时，钢带中部延伸大于边部延伸，产生中部浪形；S F V0时，钢带 边部延伸大于中部延伸，产生边部浪形。3.2.1良好板形的变形条件板形良好的条件是轧件经过轧制变形后，S f=0，即：生一 H 一旦土2印（延伸系数） he he h + 6式中，、6 分别是钢带同一部位上轧前轧后的厚度截面差值；H、h分别是钢带同一部位上轧前轧后的最小厚度值。也就是说，要使得H/h=A /6 =p，或者是 /H=6 /h,即板凸度保持一定。3.2.2良好板形的

8、力学条件根据S.Timosenko对弹性力学的研究结果，给出了板带产生瓢曲的临界压缩 应力公式，即：兀2E ,h、c cri2（i+v）b式中，Kcr瓢曲临界应力系数，Kcr=12.617.0；E、V 分别是钢带的弹性模量和泊桑比；H、b钢带轧后的厚度和宽度。实际压缩应力值小于。cr是保证板形良好的力学条件。3.2.3良好板形的辊型条件钢带的板形质量主要是依靠合理的辊型制度来加以保证的。辊型一般以辊身 中部和端部的直径差D（即凸度）来表示，工作辊原始辊型的设计条件是： D0-E- R式中，f1轧辊的弹性变形（挠度）；f2轧辊间的弹性压扁； Dt轧辊的热凸度。四辊冷轧机的支撑辊一般磨成圆柱形，而

9、工作辊则磨成一定的凸面，生产62Si2MnA合金弹簧钢带时在两个工作辊上磨凸面，其凸度值在10-2nm范围。3.2.4良好板形的调整方法（见表4 1）表4 1板形控制调整方法序名称调整方法备注出现中浪时出现边浪时1压卜量调整法增加压下量减小压下量常用的主要方法2张力调整法减小后张力增加后张力调整范围受限制3热凸度调整法增加中间冷却液流量或减少两侧冷却液流量减少中间冷却液流量或增加两侧冷却液流量调整效果不敏感3.3合适的张力设定张力的作用主要是改变金属在变形区中的主应力状态，从而降低轧件的变形 抗力，相应地增加压下量，便于轧制更薄的产品。由于张力改善了金属的流动条 件，可以使钢带平直，得到良好的

10、板形。一般张力的选取范围在（0.30.5） ZsF（F是钢带截面积）。通常，轧制较 薄规格钢带时，张力值取上限，反之则取下限；另外，操作水平较低时，张力值 取稍大些为宜，反之则可适当取小一些。4热处理工艺对冷轧62Si2MnA钢带性能的影响许多冷轧62Si2MnA合金弹簧钢带的最终使用厚度都在0.5mm以下，由于冷 轧引起的加工硬化，通常需要经过几个轧程才能达到，这就不可避免地要进行数 次退火热处理。研究表明：不同的退火热处理工艺对冷轧钢带的加工性能影响较 大。4.1石墨碳析出对性能的影响Si是强烈促进石墨化的元素，对于62Si2MnA而言，极易在退火过程中发生 石墨析出现象。石墨的边缘好似尖

11、锐的缺口或裂纹，在外力作用下会导致应力集 中，形成断裂源。钢中一旦出现石墨析出，将显著降低其淬硬性及综合机械性能。经跟踪一批Si-Mn弹簧钢冷轧钢带退火热处理过程，得到这样一个规律：产 品规格越薄，就易造成石墨碳析出；退火次数越多，游离石墨碳含量就越高。结 果表明：每经一次退火，便有微量的石墨碳析出，游离石墨碳含量是一个累积过 程，见表4-1。表4-1退火次数与石墨碳析出量关系退火次数产品规格mm游离石墨碳含量，11.6X1000.01921.0X1000.0230.5X1000.02540.3X1000.02950.17X1000.07660.10X1000.09游离石墨碳含量&与退火次数N

12、之间的关系经回归分析，得到以下非线性 回归结果：gr=1/341.03XEXP( 0.03N)273.87钢中石墨碳析出后，便无法通过热处理方法予以“逆转气 实践得知，控制 62Si2MnA合金弹簧钢带石墨碳析出的措施有：1)尽可能减少钢带的退火次数； 2)适当提高退火温度和冷却速度，减少保温时间。4.2粒状珠光体对性能的影响为了实现大形变量冷轧，达到弹簧钢强化要求，采用球化退火工艺将片状珠 光体转变为粒状珠光体能够提高62Si2MnA合金弹簧钢带的冷形变加工性能，从 而可以减少退火热处理次数，降低石墨碳析出的危险性。粒状珠光体是通过渗碳体球化获得的，在粒状珠光体组织中，渗碳体呈颗粒 状分布在铁素体基体中。当层片状珠光体变为颗粒状珠光体后，铁素体基体塑性 形变的自由径程将有很大的增长，因而能明显地降低钢的流变应力f、增大均 匀应变 u和总塑性应变量 T，但对加工硬化率无影响。由此可见，与相 同成分的片状珠光体钢相比较，粒状珠光体钢具有较好的塑性和优良的综合机械 性能。5结论冷轧62Si2MnA合金弹簧钢带单一轧程的累计变形量达到70%时，可以 得到最佳