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德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条的比较

 放大 放大字体 缩小 缩小字体    发布日期:2015-09-08  浏览次数:4823
核心提示:同一标准下的54SiCr6弹簧钢盘条,化学成分一致,但是国内外钢材冶炼工艺技术和装备控制水平的差异,导致再加工上显示一定的差异。因此,选择德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条,从宏观和微观组织状态着手,用以研究二者的差异。实验中,利用金相显微镜和FEI Sirion 场发射扫描电子显微镜分别比较了德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条的宏观和微观组织状态。通过比较分析发现:撒斯特54SiCr6弹簧钢盘条脱碳相对严重一点,组织均为珠光体和铁素体的混合组织,但是撒斯特54SiCr6组织相对均匀,

德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条的比较
杨兆全 桑华强
 (苏州神王弹簧钢线有限公司, 苏州 215100)
 要:同一标准下的54SiCr6弹簧钢盘条,化学成分一致,但是国内外钢材冶炼工艺技术和装备控制水平的差异,导致再加工上显示一定的差异。因此,选择德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条,从宏观和微观组织状态着手,用以研究二者的差异。实验中,利用金相显微镜和FEI Sirion 场发射扫描电子显微镜分别比较了德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条的宏观和微观组织状态。通过比较分析发现:撒斯特54SiCr6弹簧钢盘条脱碳相对严重一点,组织均为珠光体和铁素体的混合组织,但是撒斯特54SiCr6组织相对均匀,珠光体团和片层间距小,有利于后续的拉拔加工。
关键词:54SiCr6;脱碳;组织;
Comparison the German Saarstahl with Xingcheng Special Steel of 54SiCr6 spring steel wire rod
Yang Zhaoquan Sang Huaqiang
(Jiangsu Shenwang Group Company, Suzhou 215164, China)
Abstract: 54SiCr6 spring steel wire rod under the same standard, the chemical composition of the same, but the domestic and international steel smelting technology and equipment control level difference, leading to show some differences and processing. Therefore, Saarstahl and Xingcheng Special Steel 54SiCr6 spring steel wire rod selecion, starting from the macro and micro structure, and used to study the difference of the two. In the course of the experiment, the studies by metallurgical microscope and field emission electron microscopy have been done to compare the German Saarstahl with Xingcheng Special Steel 54SiCr6 spring steel wire rod of macroscopic and microscopic structure. Through the analysis found that: Saarstahl of 54SiCr6 spring steel wire rod decarburization is relatively serious, but the microstructure is relatively uniform, pearlite and lamellar spacing is small, it is conducive to subsequent drawing process.
Key words: 54SiCr6; Decarburization; Microstructure
弹簧在各种交变应力作用下工作,使用环境多变等等,对原材料弹簧钢盘条提出了更高更严格的要求,作为合金弹簧钢中一员,Si-Cr系弹簧钢具有抗松弛和抗氧化能力好、淬透性高、脱碳倾向小等特点,可用于制造截面大、载荷要求高、冲击要求高的动态弹簧。54SiCr6作为Si-Cr 系弹簧钢中一员,性能和使用上与55SiCr并没有差异,抗回火稳定性好、抗松弛性高、疲劳寿命理想、脱碳倾向小等,广泛应用于汽车悬架簧[1]、气门簧[2]、调压弹簧、安全阀弹簧、发动机弹簧等。
苏州神王弹簧钢线有限公司是专业生产油淬火弹簧钢丝的中型民营企业,公司自2013年开始使用54SiCr6弹簧钢盘条,但是在性能和组织控制方面缺少有利的实验数据,因此,选择德国撒斯特与兴澄特钢54SiCr6弹簧钢盘条,从微观组织、表面脱碳等方面着手,用以研究二者的差异,为生产加工提供数据支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为德国撒斯特(炉号834389),材质Φ为6.0mm,兴澄特钢(炉号E21306643XX)54SiCr6弹簧钢盘条,材质Φ为5.5mm。
1.2 试验方法
实验中采用 OLMYPLUS 金相显微镜和金相分析软件分析组织、表面脱碳情况等。
利用FEI Sirion场发射扫描电子显微镜分析弹簧钢盘条的微观组织形貌、片层间距等数据。
2 金相分析
两个弹簧钢盘条试样在室温下基体组织均由许多珠光体团组成,珠光体(灰黑色)和先共析铁素体(白色)的混合组织,如图1~4。其不同在于:
1)        铁素体含量与形态。由铁碳相图杠杆定理知道54SiCr6盘条中铁素体含量约占30%左右。撒斯特54SiCr6(炉号834389)弹簧钢盘条铁素体含量较少,并呈现零星分布状态,而兴澄特钢54SiCr6(炉号E21306643XX)弹簧钢盘条铁素体含量相对较多,并有呈现网状分布的趋势,两者先共析铁素体均呈现条块状沿晶界分布,见图2和4
2)        边缘脱碳。撒斯特54SiCr6(炉号834389)弹簧钢盘条边缘存在脱碳现象,脱碳深度在28-84μm,兴澄特钢54SiCr6(炉号E21306643XX)弹簧钢盘条边缘脱碳深度为36-45μm,为部分脱碳。结合GB/T 18983-2007油淬火-回火弹簧钢丝和GB/T1222-2007 弹簧钢标准知道,盘条表面脱碳深度不大于2.5%D,得到撒斯特54SiCr6(炉号834389)弹簧钢盘条脱碳深度大于兴澄特钢54SiCr6(炉号E21306643XX)弹簧钢盘条,且同一圆周,表面脱碳程度不一致,同时二者在表面脱碳方面工艺控制均不是很理想,见图1和3。

图1 兴澄特钢(炉号E21306643XX)54SiCr6弹簧钢盘条表面脱碳500X
Figure 1 surface decarbonization of 54SiCr6 spring steel wire rod 500X
 
图2兴澄特钢(炉号E21306643XX)54SiCr6弹簧钢盘条金相组织,左500X,右1000X
Figure 2 Xingcheng 54SiCr6 spring steel wire rod, the left 500X, the right 1000X
QQ图片20150909155132 
图3撒斯特(炉号834389)54SiCr6弹簧钢盘条表面脱碳500X
Figure 3 surface decarbonization of 54SiCr6 spring steel wire rod 500X
图4 撒斯特(炉号834389)54SiCr6弹簧钢盘条,左500X,右1000X
Figure 4 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod, the left 500X, the right 1000X
3 FEI Sirion 场发射扫描电子显微镜分析
电镜谱图得到两个弹簧钢盘条试样的珠光体团形貌,呈细小等轴状,沿纵向或横向均无明显方向性,先共析铁素体沿晶界析出,如图7和9。实测片层间距约为:撒斯特54SiCr6(炉号834389)弹簧钢盘条珠光体团片层间距约为S=84.2~153.3nm,如图5和6;兴澄特钢54SiCr6(炉号E21306643XX)弹簧钢盘条珠光体团片层间距约为S=104.7~216.7nm,见图8和10。比较发现撒斯特54SiCr6(炉号834389)弹簧钢盘条珠光体团片层间距跨度相对小于兴澄特钢54SiCr6(炉号E21306643XX)弹簧钢盘条珠光体团片层间距。
QQ图片20150909155333
图5撒斯特(炉号834389)54SiCr6弹簧钢盘条
Figure 5 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod
QQ图片20150909161331
图6撒斯特(炉号834389)54SiCr6弹簧钢盘条
Figure 6 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod
QQ图片20150909161621  QQ图片20150909161634
图7撒斯特(炉号834389)54SiCr6弹簧钢盘条
Figure 7 Saarstahl 54SiCr6 (Heat No. 834389) spring steel wire rod
QQ图片20150910152331
图8兴澄特钢(炉号E21306643XX)54SiCr6弹簧钢盘条
Figure 8 Xingcheng 54SiCr6 (Heat No. E21306643XX) spring steel wire rod
QQ图片20150911093242  QQ图片20150911093259
图9兴澄特钢(炉号E21306643XX)54SiCr6弹簧钢盘条
Figure 9 Xingcheng 54SiCr6 (Heat No. E21306643XX) spring steel wire rod
QQ图片20150911093320
图10兴澄特钢(炉号E21306643XX)54SiCr6弹簧钢盘条
Figure 10 Xingcheng 54SiCr6 (Heat No. E21306643XX) spring steel wire rod
4分析与结论
尝试性地做一些试验工作是很有必要的,对理解、改善、提高弹簧钢的生产工艺和产品质量是极有意义的,这样可以更好的为生产、产品质量、工艺提升等提供技术依据。由于弹簧钢盘条的力学性能和微观组织形貌之间是相互对应的,力学性能会随着组织形貌的改变而变化[3,4]。而弹簧钢盘条的各种性质,尤其是力学性质依其组织状态的不同而发生很大的变化[5]。在此会着重分析讨论珠光体片层间距和表面脱碳对弹簧钢性能的影响。
在片状珠光体范围内,珠光体团和片层间距对钢丝性能起决定性的影响,片层间距与奥氏体的晶粒度基本无关,主要取决于过冷度(冷却速度)、等温转变温度,可以说,在一定的转变温度范围内,片层间距在一定的范围内[6,7]。而较少的先共析铁素体和较小的片层间距有利于获得力学性能优异的弹簧钢盘条,反之,将会出现弹簧钢盘条在冷拉拔过程中达不到理想的拉丝效果。
珠光体片细小分散、分布均匀,则冷加工后钢丝的强度偏高,弯曲和扭转值也相对较高;珠光体片大而集中、组织均匀性差,则易在后续的冷加工过程中随着压缩率的增大而产生变形和内应力的不均匀分布,发生应力集中,从而使弯曲和扭转值降低,甚至会随着应力的增大而产生早期裂纹[7,8]。随着珠光体片层间距的减小,钢线的强度以及塑性将提高。珠光体片层间距越小,在相同体积条件下,相界面增多,铁素体中位错不易滑动,在外力作用下,抗塑性变形的能力提高;同时由于铁素体、渗碳体片很薄,滑动位错在界面上产生位错塞积的数量减小,应力集中倾向减小,不易引起开裂。而且由于渗碳体片很薄,在外力作用下可以滑移产生塑性变形,也可以产生弯曲,使塑性提高。因此,珠光体片层间距越小,既可以提高钢线的强度又可以增大塑性[7,8]
弹簧在周期性弯曲和扭转等交变应力下,工作环境条件恶劣多变,如果盘条表面出现脱碳层,会明显降低弹簧的疲劳极限,特别是盘条表面出现铁素体全脱碳层时,可使弹簧的疲劳极限降低50%[9,10],因此,在生产过程中必须严格控制盘条表面的脱碳层厚度。脱碳一方面会使钢线的表面硬度下降,在交变应力作用下容易产生裂纹,使弹簧过早疲劳失效。另一方面,由于表层不同部位淬火时膨胀系数不同而产生的应力,致使表面的脱碳层与部分脱碳层之间的过渡区容易产生微裂纹[11]。在这些因素的作用下极易引起裂纹的迅速发展,引起弹簧的最终失效或断裂。
参考文献
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作者简介:
杨兆全 (1986-),男,毕业于东南大学材料科学与工程学院,工学硕士研究生,就职于苏州神王弹簧钢线有限公司,车间副主任。E-mail: yangzq4@163.com,联系电话18913506617,通讯地址:江苏省苏州市吴中区胥口镇繁丰路688号,邮编215100
桑华强(1949-),高级工程师,苏州神王弹簧钢线有限公司总工程师。通讯地址:江苏省苏州市吴中区胥口镇繁丰路688号,邮编215100
 
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