過去,一般要求的彈簧鋼主要是在電爐、轉爐、平爐中冶煉,模鑄,橫列式軋機軋制。較高質量要求的(主要是降低鋼中夾雜物的含量)主要采用電爐+電渣重熔或真空重熔法生產。
當今比較典型的生產工藝流程是:初煉鋼水由電爐或轉爐提供,根據不同的鋼種、質量水平要求和生產者的裝備條件選擇二次精煉方法,在連鑄工序中使用減少非金屬夾雜物數量的技術(防止二次氧化、非金屬夾雜物的上浮及分離)和防止偏析技術(低過熱度澆鑄、電磁攪拌等),可以生產出質量相當于模鑄鋼錠中下部的優質鋼坯。鋼坯加熱一般采用步進爐,附有可控氣氛系統,控制鋼坯脫碳、氧化燒損。在加熱爐與粗軋機之間,裝有高壓水除鱗機,清除鋼坯表面氧化鐵皮。使用無扭高剛度連軋機進行熱機軋制(控軋控冷),獲得高的尺寸精度、表面質量和滿意的內部組織。為保證產品質量,采用磁粉或渦流和超聲波探傷儀在線檢查鋼材表面、內部缺陷。對標識有缺陷的產品進行清理或剔除。同時,對質量要求較高的懸掛彈簧鋼線材和閥門彈簧鋼絲要分別進行鋼坯修磨、軟化處理、成品表面處理,經過剝皮、冷拔、退火、酸洗、油淬火/回火、探傷、防腐等一系列工序,才能確保鋼材的表面質量。具體工藝流程如下。
1)彈簧鋼生產工藝流程:電爐或轉爐-精煉爐(RH或LF+RH或ULO或ASEA-SKF或ULO+ULTiN或VAD)-連鑄-熱軋-精整。
2)懸掛彈簧合金鋼線材生產工藝流程:電爐或轉爐-精煉爐-連鑄-粗軋-修磨-線材軋制-檢驗-軟化處理-表面處理-包裝。
3)油淬火閥門鋼絲生產工藝流程:盤條檢驗-剝皮-冷拔、退火、酸洗/循環-油淬火/回火-渦流探傷-防腐處理-包裝。
等離子氮化處理,金屬氮化處理,等離子滲氮處理,金屬滲氮處理
RH真空脫氣法、LF-RH、ASEA-SKF和VAD真空脫氣加熱法是大家較熟悉的處理方法,僅介紹ULO、ULO+ULTiN精煉法:
1)ULO(超低氧)鋼處理工藝,是日本大同特殊鋼在RH基礎上,為更有效地降低鋼中夾雜物數量而采取的手段。具體步驟是:在1臺超高功率堿性電弧爐中熔化鋼水,接著吹氧后向鋼水中加入Fe-Si或At進行預脫氧處理,得到高堿度還原渣。然后將鋼水倒入鋼包中,并將RH循環脫氣設備“兩腿”插入鋼液中,汲取鋼水進入脫氣設備的真空室中。借助于大容量噴射泵,保持真空度<13.3Pa,并將小流量氬氣引入鋼水中,鋼水發泡進入真空室,鋼水中碳脫氧反應快速進行,因而鋼水脫氧。當碳氧反應達到平衡時,加入像Al這樣合適的脫氧劑。為了促進脫氧產物的上浮分離和去除,以及保持脫氧狀態的穩定,繼續進行脫氧操作,最后調整加Al量。RH脫氣后,氧含量下降到15×10-6以下。該處理工藝是實現懸掛彈簧鋼2000MPa應力值的一種手段。
2)ULTiN(超低氮化鈦)鋼處理工藝:首先選擇原材料,以得到Ti含量(30~50)×10-6的鋼水,然后進行脫氣操作,降低氮含量到(40~60)×10-6。如果ULO處理后再進行ULTiN處理(即ULO+ULTiN),鋼中氧化物和TiN夾雜物可大幅度下降,鋼的疲勞極限與真空電弧重熔鋼相同,該彈簧鋼可制造高強度閥門彈簧。
隨著機械工業的不斷發展,特別是汽車工業的發展,彈簧的發展趨勢是輕量化、大型化。為了適應彈簧的各種工作條件并滿足高強度、高壽命的要求,彈簧鋼除具有良好的綜合性能外,還必須具有良好的內在質量和表面質量。