蒋晨旭等：55SiCr悬臂用弹簧钢夹杂物控制 ·97· 分别分析其化学元素L,、TO]、N含量，并采用场发 钢均采用了控制铝含量的Si一Mn合金脱氧工艺.不同 射扫描电镜和能谱仪方法，研究弹簧钢中的典型夹杂 的脱氧工艺制度代表不同的夹杂物控制思路，新日铁 物的成分和形貌.对国内外不同工艺生产的悬臂弹簧 的脱氧工艺希望通过强脱氧剂铝，使弹簧达到高纯 钢的夹杂物的控制水平进行对比. 净度，从而控制夹杂物的数量，因此，新日铁T[O]质 针对武钢RH工艺生产汽车用高品质悬臂弹簧 量分数控制的最低只有0.0007%，达到了较高的纯净 钢，对治炼过程中氩站AR、精炼LF、真空RH、连铸CC 度水平.国内钢厂的控制铝含量的Si-Mn合金脱氧工 不同位置进行系统取样.采用扫描电镜EDS自动扫描 艺代表了夹杂物塑性化控制思路，通过调整精炼渣成 (feature功能)方法：随机选取100个视场，每个视场的 分将夹杂物控制低熔点塑性区域，有利于夹杂物在轧 大小为3.84×102mm2.扫描识别视场内当量直径为 制过程中随着钢基体形变.对比国内弹簧钢经H和 0.8m以上的所有夹杂物.对夹杂物的成分进行分 VD工艺，RH工艺T[O]控制的更低 析，针对不同工序中氧化物的成分不同，将不同类型氧 22国内外不同钢厂弹簧钢线材夹杂物控制水平对比 化物分为三大类：Al,0,-Si0,-Mn0系夹杂物、Al0,- 对武钢VD工艺、武钢RH工艺、宝钢VD工艺、新 Si02Ca0-Mg0系夹杂物、Al,0,Si02Ca0-Mg0-Mn0 日铁四种悬臂用弹簧钢线材典型夹杂物成分进行分 系夹杂物.研究治炼过程中这三类氧化物夹杂物成分 析，选取部分典型夹杂物照片及成分如图1所示 的演变规律 对武钢经VD工艺、武钢经RH工艺、宝钢经VD 针对55SiCr悬臂用弹簧钢成分特点，通过Facl- 工艺生产的悬臂用弹簧钢线材典型夹杂物成分分布见 sage进行热力学计算其夹杂物控制的低熔点区域，为 图2. 控制夹杂物塑性化提供理论支持 由图1和2可知，新日铁弹簧钢典型氧化物夹杂 2实验结果与分析 物均为Mg0-AL,0,二元系夹杂物，文献4幻的研究指 出MgO一AL,O,二元系夹杂物的生成是由于铝脱氧钢中 2.1国内外不同钢厂弹簧钢线材AL,、T[O]、N含量 的[A山和钢包耐火材料的相互反应生成的.武钢VD 控制对比 工艺弹簧钢中夹杂物成分分布集中在两个不同区域， 实验共取有武钢VD工艺、武钢RH工艺、宝钢 一个是Si02质量分数较高(80%~90%)的区域：另外 VD工艺、新日铁四种悬臂用弹簧钢线材，其AL,、T[O] 一个是Ca0+Mg0+Mn0质量分数40%左右，Al,0,质 和N元素控制水平见下表1. 量分数10%~20%，Si0,质量分数40%~50%的区 表1不同钢厂弹簧钢线材样痕量化学元素含量（质量分数） 域.武钢RH工艺弹簧钢中夹杂物主要是CaO-MgO- Table 1 Content of trace elements in different spring steels% Al,0,Si0,系四元复合夹杂物，夹杂物成分控制集中 样品来源 Al。 T[o] N 在Ca0+Mg0质量分数50%左右，Al203质量分数 武钢VD 0.0027 0.0021 0.0040 10%~20%,Si02质量分数30%~40%的区域.宝钢 武钢RH 0.0014 0.0011 0.0030 弹簧钢中夹杂物主要是Al,0,-Si0,Ca0系三元复合 宝钢VD 0.0010 0.0021 0.0052 夹杂物，夹杂物成分控制集中在Ca0质量分数20%左 新日铁 0.0230 0.0007 0.0032 右，A山，03质量分数30%左右，Si02在35%左右的区域. 武钢经VD工艺、武钢经RH工艺、宝钢经VD工艺弹 由表1可得，武钢弹簧钢经VD和RH工艺Al质 簧钢夹杂物以复合氧化物为主，但成分有所区别. 量分数分别控制在0.0027%和0.0014%，宝钢经VD 综上分析可知，武钢经VD工艺、武钢经H工 工艺弹簧钢的AL,质量分数为0.0010%，新日铁弹簧 艺、宝钢经VD工艺弹簧钢典型氧化物夹杂物控制均 钢A1质量分数为0.0230%，明显高于其他钢厂.武钢 未达到Al,0,SiO2Ca0三元系最优的低熔点区域.武 经VD和H工艺T[O]质量分数分别控制在 钢VD工艺夹杂物控制问题在于控制不稳定，夹杂物 0.0021%和0.0011%，宝钢经VD工艺弹簧钢T[0]质 成分分布较分散.武钢RH工艺夹杂物控制问题在于 量分数控制在0.0021%，新日铁T[0]质量分数最低 夹杂物平均碱度在1.3左右偏高，偏离了低熔点区域. 控制在0.0007%.武钢经VD和RH工艺N质量分数 宝钢夹杂物控制问题在于A山，0，含量偏高.此外，发现 分别控制在0.0040%和0.0030%，宝钢经VD工艺弹 武钢弹簧钢夹杂物成分普遍含有Mg0,而且质量分数 簧钢N质量分数控制在0.0052%，新日铁N质量分数 不稳定，在7%~23%内波动，而宝钢弹簧钢夹杂物 控制在0.0032% Mg0质量分数均小于1%，这说明两个钢厂所采用的 综上分析可知，新日铁弹簧钢A1含量明显高出国 耐火材料和炉渣系有所不同.宝钢弹簧钢夹杂物具有 内钢厂一个量级，采用的是A1脱氧工艺治炼，宝钢、武 更低的熔点和更好的塑性变形能力.因此，为进一步蒋晨旭等: 55SiCr 悬臂用弹簧钢夹杂物控制 分别分析其化学元素 Als、T［O］、N 含量，并采用场发 射扫描电镜和能谱仪方法，研究弹簧钢中的典型夹杂 物的成分和形貌． 对国内外不同工艺生产的悬臂弹簧 钢的夹杂物的控制水平进行对比． 针对武钢 ＲH 工艺生产汽车用高品质悬臂弹簧 钢，对冶炼过程中氩站 AＲ、精炼 LF、真空 ＲH、连铸 CC 不同位置进行系统取样． 采用扫描电镜 EDS 自动扫描 ( feature 功能) 方法: 随机选取 100 个视场，每个视场的 大小为 3. 84 × 10 － 2 mm2 ． 扫描识别视场内当量直径为 0. 8 μm 以上的所有夹杂物． 对夹杂物的成分进行分 析，针对不同工序中氧化物的成分不同，将不同类型氧 化物分为三大类: Al2 O3 --SiO2 --MnO 系夹杂物、Al2 O3 -- SiO2 --CaO--MgO 系夹杂物、Al2O3 --SiO2 --CaO--MgO--MnO 系夹杂物． 研究冶炼过程中这三类氧化物夹杂物成分 的演变规律． 针对 55SiCr 悬臂用弹簧钢成分特点，通过 Fact￾sage 进行热力学计算其夹杂物控制的低熔点区域，为 控制夹杂物塑性化提供理论支持． 2 实验结果与分析 2. 1 国内外不同钢厂弹簧钢线材 Als、T［O］、N 含量 控制对比 实验共取 有 武 钢 VD 工 艺、武 钢 ＲH 工 艺、宝 钢 VD 工艺、新日铁四种悬臂用弹簧钢线材，其 Als、T［O］ 和 N 元素控制水平见下表 1． 表 1 不同钢厂弹簧钢线材样痕量化学元素含量( 质量分数) Table 1 Content of trace elements in different spring steels % 样品来源 Als T［O］ N 武钢 VD 0. 0027 0. 0021 0. 0040 武钢 ＲH 0. 0014 0. 0011 0. 0030 宝钢 VD 0. 0010 0. 0021 0. 0052 新日铁 0. 0230 0. 0007 0. 0032 由表 1 可得，武钢弹簧钢经 VD 和 ＲH 工艺 Als质 量分数分别控制在 0. 0027% 和 0. 0014% ，宝钢经 VD 工艺弹簧钢的 Als质量分数为 0. 0010% ，新日铁弹簧 钢 Als质量分数为 0. 0230% ，明显高于其他钢厂． 武钢 经 VD 和 ＲH 工 艺 T［O］质 量 分 数 分 别 控 制 在 0. 0021% 和 0. 0011% ，宝钢经 VD 工艺弹簧钢 T［O］质 量分数控制在 0. 0021% ，新日铁 T［O］质量分数最低 控制在 0. 0007% ． 武钢经 VD 和 ＲH 工艺 N 质量分数 分别控制在 0. 0040% 和 0. 0030% ，宝钢经 VD 工艺弹 簧钢 N 质量分数控制在 0. 0052% ，新日铁 N 质量分数 控制在 0. 0032% ． 综上分析可知，新日铁弹簧钢 Als含量明显高出国 内钢厂一个量级，采用的是 Al 脱氧工艺冶炼，宝钢、武 钢均采用了控制铝含量的 Si--Mn 合金脱氧工艺． 不同 的脱氧工艺制度代表不同的夹杂物控制思路，新日铁 的 Al 脱氧工艺希望通过强脱氧剂铝，使弹簧达到高纯 净度，从而控制夹杂物的数量，因此，新日铁 T［O］质 量分数控制的最低只有 0. 0007% ，达到了较高的纯净 度水平． 国内钢厂的控制铝含量的 Si--Mn 合金脱氧工 艺代表了夹杂物塑性化控制思路，通过调整精炼渣成 分将夹杂物控制低熔点塑性区域，有利于夹杂物在轧 制过程中随着钢基体形变． 对比国内弹簧钢经 ＲH 和 VD 工艺，ＲH 工艺 T［O］控制的更低． 2. 2 国内外不同钢厂弹簧钢线材夹杂物控制水平对比 对武钢 VD 工艺、武钢 ＲH 工艺、宝钢 VD 工艺、新 日铁四种悬臂用弹簧钢线材典型夹杂物成分进行分 析，选取部分典型夹杂物照片及成分如图 1 所示． 对武钢经 VD 工艺、武钢经 ＲH 工艺、宝钢经 VD 工艺生产的悬臂用弹簧钢线材典型夹杂物成分分布见 图 2． 由图 1 和 2 可知，新日铁弹簧钢典型氧化物夹杂 物均为 MgO--Al2O3二元系夹杂物，文献［4］的研究指 出 MgO--Al2O3二元系夹杂物的生成是由于铝脱氧钢中 的［Al］和钢包耐火材料的相互反应生成的． 武钢 VD 工艺弹簧钢中夹杂物成分分布集中在两个不同区域， 一个是 SiO2质量分数较高( 80% ～ 90% ) 的区域; 另外 一个是 CaO + MgO + MnO 质量分数 40% 左右，Al2O3质 量分数 10% ～ 20% ，SiO2 质量分数 40% ～ 50% 的 区 域． 武钢 ＲH 工艺弹簧钢中夹杂物主要是 CaO--MgO-- Al2O3 --SiO2系四元复合夹杂物，夹杂物成分控制集中 在 CaO + MgO 质 量 分 数 50% 左 右，Al2 O3 质 量 分 数 10% ～ 20% ，SiO2 质量分数 30% ～ 40% 的区域． 宝钢 弹簧钢中夹杂物主要是 Al2O3 --SiO2 --CaO 系三元复合 夹杂物，夹杂物成分控制集中在 CaO 质量分数 20% 左 右，Al2O3质量分数 30% 左右，SiO2在 35% 左右的区域． 武钢经 VD 工艺、武钢经 ＲH 工艺、宝钢经 VD 工艺弹 簧钢夹杂物以复合氧化物为主，但成分有所区别． 综上分析 可 知，武 钢 经 VD 工 艺、武 钢 经 ＲH 工 艺、宝钢经 VD 工艺弹簧钢典型氧化物夹杂物控制均 未达到 Al2O3 --SiO2 --CaO 三元系最优的低熔点区域． 武 钢 VD 工艺夹杂物控制问题在于控制不稳定，夹杂物 成分分布较分散． 武钢 ＲH 工艺夹杂物控制问题在于 夹杂物平均碱度在 1. 3 左右偏高，偏离了低熔点区域． 宝钢夹杂物控制问题在于 Al2O3含量偏高． 此外，发现 武钢弹簧钢夹杂物成分普遍含有 MgO，而且质量分数 不稳定，在 7% ～ 23% 内波动，而宝钢弹簧钢夹杂物 MgO 质量分数均小于 1% ，这说明两个钢厂所采用的 耐火材料和炉渣系有所不同． 宝钢弹簧钢夹杂物具有 更低的熔点和更好的塑性变形能力． 因此，为进一步 · 79 ·