汽车安全带卷簧用62Si2MnA 钢带工艺开发

马兆红

（南京钢铁股份有限公司特钢事业部技术研发处，江苏 南京 210000）

近年来国内外弹簧钢的研究开发工作，大部分是针对汽车用弹簧钢。这是由于汽车制造业是弹簧钢用量最大的行业，约消费弹簧钢产量的60%。2000 年以来，中国的汽车制造业发展迅猛，据统计，2018 年国内汽车产量达到2796.8 万辆，其中乘用车产量为2309 万辆。一辆轿车整车用钢量约850kg～900kg，其中一个保险带卷簧17g～58g，占用钢总量的0.006%左右。弹簧钢的总供求量也将达到200 多万吨。

我国中、低档弹簧钢的产能与需求基本平衡，但轿车用高品质弹簧钢、铁道用弹簧圆钢、油泵阀门弹簧钢丝等产品仍不能满足需求，主要依赖于国外进口。虽然保险带卷簧只占相当小部分比重，但却在一定程度上代表了卷簧制造加工产业链在冶炼、轧制、热处理、机械加工方面的整体技术水平。汽车保险带用卷簧，其质量好坏对驾乘人员安全性起着至关重要的作用[1]。因此，制备汽车保险带卷簧的钢材必须具有优越的组织性能、良好的抗疲劳性能和抗弹性减退。

南京钢铁股份有限公司通过对冶炼、连铸、轧制等工艺参数的严格控制，成功开发了汽车安全带卷簧用合金弹簧钢，产品组织性能良好，满足使用要求[1]。

1 技术要求

影响汽车安全带卷簧用钢的两个最主要因素是抗疲劳和抗弹性减退，这两个因素除了跟钢种本身的成分以及热处理工艺等有关外，还与热轧原料的非金属夹杂物、表面脱碳层深度及组织的均匀性有关。热轧钢带化学成分及非金属夹杂物要求见表1、表2。厚度规格≤3.2mm，要求单面总脱碳层≤0.08 mm；厚度规格＞3.2mm，单面总脱碳层小于实际厚度的2.5%。

表1 卷簧用钢化学成分（质量分数%）

表2 卷簧用钢非金属夹杂物

2 生产工艺

2.1 生产工艺流程

原辅料准备→100t 偏心炉底超高功率电弧炉冶炼→LF 精炼→VD 炉真空处理→连铸→坯料验收→加热→除鳞→轧制→平板运输→成品检验→卷取→包装、称重→入库→交付。

2.2 冶炼工艺

（1）电炉冶炼。入炉原料使用优质废钢，采用铁水在线喂入，配有炉壁氧枪集束射流技术、自动测温、取样系统，冶炼弹簧钢时铁水配加量60 吨以上，得到残余元素含量低的钢水，冶炼过程中通过换渣操作加强脱P；出钢终点C ≥0.10%，P ≤0.012%，出钢温度1600℃～1680℃；冶炼终点加300kg 脱氧护炉剂，静置1min 脱氧，采用偏心炉底出钢。为防止因钢包耐材受钢水冲刷及侵蚀造成钢中夹杂物增铝进一步引起夹杂物成分偏离低熔点区，采用镁碳质专用钢包，并在投用前采用不含铝、钛钢水进行洗包。出钢采用留钢留渣操作，留钢留渣量控制在5～10 吨左右，避免出钢过程下渣。

（2）LF 精炼。出钢过程中采用低铝低钛硅铁、铬铁等合金，按成分下限调整成分。向钢包中加入活性石灰700kg，萤石150kg。到LF 后向渣面少量多批次加入高纯碳化硅等进行扩散脱氧，碱性炉渣精炼，控制炉渣中Al2o3含量小于6%，减少钢中脆性夹杂物含量，精炼时间40min～70min，白渣保持时间30min～50min，以降低钢液中的氧含量及夹杂物。

采用低铝低钛硅铁、硅锰合金沉淀脱氧和碳化硅扩散脱氧相结合的方式。为稳定精炼渣组成，精炼过程根据渣况适量加入活性石灰和萤石，随着脱氧反应进行，终渣碱度基本稳定在1.5～2.5 之间。

（3）VD 真空处理。氢元素主要通过VD 真空精炼去除，VD真空度≤1 毫巴，真空保持时间12 分钟以上，真空处理后软吹氩时间大于30 分钟，使大尺寸夹杂物充分上浮，进一步降低钢中氧含量，软吹氩时渣面微动不见光，经过真空精炼后氢含量在1.0PPm 以下。

（4）弱搅拌处理。在钢水进行浇注以前，一个重要的工艺操作就是对钢水进行弱搅拌处理。钢水在VD 处理过程中的钢渣充分混合，破真空后钢水中夹杂物含量高。因此，在VD 处理结束以后进行吹氩弱搅拌以保证夹杂物的最终上浮是非常必要的。弱搅拌处理是小流量的吹氩方式，氩气搅拌的强度很低，仅使渣面微动，不裸露钢水。有研究表明小流量吹氩时，钢中氩气泡呈均匀细小分散的稳定气泡流，这种小气泡要比大气泡俘获夹杂物的概率高。因此，以小流量吹氩并且适当延长处理时间（根据钢水的降温情况）也是去除夹杂、降低钢水全氧含量的有效手段之一。由于长时间静置会造成钢液温降过大、产生温度梯度、钢包侵蚀加大、钢包周转等问题突显，因此，一般处理将静搅时间控制在60min 以内。南钢第三炼钢厂目前静搅时间要求为不小于20min。

钢水中夹杂物的去除主要依赖吹氩条件下钢包内钢流的循环运行、氩气泡对固相夹杂物的浮选以及炉渣对夹杂物的吸附。去除10μm～50μm 宽度的夹杂物，最理想的气泡直径为0.5mm～2mm。而一般用透气砖吹氩所产生的气泡直径为10mm～20mm，吹氩强度过高，会使气泡粗化，达不到有效去除夹杂物的目的。因此，静搅氩气流量宜调整到刚好看到渣面蠕动较为理想。如过大不能有效去除夹杂物，还会由于钢液环流引起卷渣，过小无法确认底吹氩是否正常工作。

（5）连铸过程。连铸控制过热度、采用恒拉速、弱冷工艺浇铸，采用结晶器和末端电磁搅拌技术，增加等轴晶宽度，减轻或消除铸坯中心偏析和缩孔；做好全保护浇注，使用高碳钢保护渣，中间包液面≥700mm，结晶器液面波动≤±6mm，液相线温度1 465℃，中包首炉过热度15℃～40℃控制，其他炉次中包过热度按15℃～30℃控制。

（6）连铸坯质量分析。弹簧钢62Si2MnA 冶炼4 炉的化学成分如表3 所示，由3 可知，弹簧钢62Si2MnA 冶炼化学成分控制波动小、有害元素含量低，有利于提高轧材加工卷簧的性能稳定性。

表3 弹簧钢62Si2MnA 冶炼化学成分/wt.%

弹簧钢62Si2MnA 连铸坯低倍检测情况如表4 所示，低倍图片见图1-图4。由表4 可知62Si2MnA 无缩孔、内裂纹等缺陷。

表4 连铸坯低倍检测结果

图1 炉号9640 低倍照片（150×220mm）

图2 炉号9641 低倍照片（150×220mm）

图3 炉号9642 低倍照片（150×220mm）

图4 炉号9643 低倍照片（150×220mm）

2.3 带钢热轧工艺

（1）钢坯加热。加热炉内的气氛按弱还原性控制，烟气残氧量控制在3%以内；加热炉加热段控制在1060℃～1160℃，均热段控制在1060℃～1120℃,保证钢坯断面温差小于30℃。

（2）轧制过程。安全带卷簧用钢62Si2MnA 变形抗力大，粗轧阶段充分考虑高温和塑性的有利条件，实现较大压下，减轻精轧机组的负荷；粗轧、精轧过程轧辊用切水板挡水，实行避水轧制；终轧温度控制890 ℃～960 ℃；卷取温度控制630℃～710℃。将开轧温度、中轧入口温度、终轧出口温度和卷取温度分别设定为1030 ℃～1110 ℃、930 ℃～1110 ℃、800℃～870℃和670℃以下，轧机的轧制速度为6m/s。

3 轧材检测

62Si2MnA 非金属夹杂物检测数据见表5，从检测结果可以看出，非金属夹杂物D 类细系0.5 级和D 类粗系0.5 级；未发现A 类硫化物类、B 类氧化铝类、C 类硅酸盐类和DS 类单颗粒类夹杂物全部合格。

表5 非金属夹杂物检测数据

弹簧钢62Si2MnA 成品材脱碳层深度检测数据如表6 所示，全部合格，符合标准要求。

表6 脱碳层深度检测

弹簧钢62Si2MnA-R 成品材气体含量检测结果见表7，[H]全部控制很好，4 炉的[H]含量都小于1.0ppm。

表7 气体含量检测

4 结语

（1）冶炼过程采用洁净钢冶炼技术，有效地控制了钢中夹杂物含量及形态分布，降低了夹杂物对产品性能的影响；（2）热轧过程严格控制轧制工艺，钢带的组织及表面脱碳情况良好，完全满足用户的使用要求；（3）通过对冶炼、连铸及轧制工艺的合理控制，实现了热轧汽车安全带卷簧用钢带62Si2MnA的批量生产。