淺談坯料修磨對棒材彈簧表面質量影響

張才杰，宋金平

（南京鋼鐵聯合有限公司，江蘇 南京 210035）

彈簧鋼普遍應用于工程機械、汽車、鐵路等領域，需要較高的疲勞壽命，因此其對材料的表面質量要求極高。為提升彈簧鋼表面質量，提高南鋼棒材彈簧的市場競爭力，南鋼為中棒生產線引進兩條進口的鋼坯修磨線。

彈簧在運行過程中要求有較高的疲勞壽命，而表面質量對彈簧疲勞壽命有很大的影響，目前所接觸的多數彈簧失效均是由于材料表面問題產生。如果彈簧的疲勞壽命達不到整體設備的運行要求，除了會造成彈簧斷裂，還會使設備整體損壞，可能會產生極大的經濟損失。

目前用戶對彈簧鋼表面要求越來越高，例如60Si2CrVA，客戶要求材料表面不得有發紋、結疤、分層等缺陷，為此南鋼在生產過程中制定了多項措施，以提高棒材彈簧鋼表面質量[1-3]。

1 彈簧鋼生產工藝流程

不同客戶要求不同，各類彈簧鋼生產流程不相同，其中主要工藝如下：UHP電弧爐→ LF精煉爐→ VD爐真空處理→連鑄→鑄坯；坯料處理→加熱→軋制→成品檢驗→包裝→入庫。

2 坯料修磨對60Si2CrVA材料表面質量的影響

2.1 坯料修磨

鋼坯修磨線主要由鋼坯進料床、V型輥道、拋丸機、磁粉探傷儀、修磨機、卸料臺架等設備組成；南鋼中棒廠坯料修磨的工藝流程為：吊運上料→拋丸→探傷→修磨，修磨放式有全修磨、局部修磨和不修磨三種。

大規模生產中，連鑄坯表面常出現劃傷、凹陷、渣坑、角裂、皮下氣孔等缺陷，會對軋制后的材料表面產生一定的影響。鋼坯修磨線的主要作用是對鋼材坯料進行表面檢查及處理，以消除坯料表面可能產生的缺陷，提高坯料表面質量，從而提高軋制成品的表面質量。

2.2 實驗方案

選用同一組連鑄生產60Si2CrVA的三個不同爐號坯料，坯料斷面為175mm×220mm，運用不同的坯料表面處理方式進行處理，軋制相同規格的材料。對此三爐坯料軋制的材料進行表面探傷處理，表面探傷標準為0.2mm，對比不同爐號材料探傷的合格率。同時運用相同的實驗方法，進行多組實驗，經過數據積累，進一步驗證實驗結果的可靠性。

2.3 坯料處理

將首次選出的三爐坯料記錄為實驗組1，其中第1爐坯料，不進行表面處理，坯料編號為實驗10；第2爐坯料，對表面檢查中的發現的所有缺陷進行標記，缺陷局部修磨處理，坯料編號為實驗20；第3爐坯料，對坯料進行全修磨處理，坯料編號為實驗30。不進行坯料表面處理的坯料保留原始的連鑄坯的表面，可能存在振痕、凹陷、劃傷等缺陷；局部修磨處理的坯料，可去除肉眼可見缺陷，如凹坑、劃傷等；全修磨處理的坯料，除了能夠消除表面缺陷外，還可以對坯料的一些淺表缺陷進行消除，各種形式坯料處理后的照片如圖1。

圖1 三爐坯料表面處理對比圖

2.4 加熱軋制

為避免不同加熱工藝、軋制工藝和操作習慣對坯料表面質量的影響，將三爐6Si2CrVA實驗鋼坯，以相同加熱工藝加熱、相同控軋控冷工藝軋制，盡量安排同一班次生產同一規格材料。加熱工藝如表1，軋制工藝如表2。軋后均采用鋸切方式分段，打包采用牛皮紙防護，材料轉運使用軟吊帶吊運，防止后續過程對表面造成影響。

表1 60Si2CrVA加熱工藝

表2 60Si2CrVA軋制工藝

2.5 聯合探傷

將組1的三批60Si2CrVA軋材經聯合探傷線拋丸、矯直、探傷，統計一次探傷合格率為表3。對探傷后材料的報警點進行分析，材料表面典型缺陷有翹皮、結疤、發紋等，缺陷如圖2。不同的坯料處理方式，對軋材表面質量有較大的影響，對材料典型缺陷的去除率也各有不同，不同坯料處理下軋材缺陷率為：不修磨＞局部修磨＞全修磨，且坯料不修磨情況下材料表面產生的缺陷種類較多。

表3 組1一次探傷合格率統計

圖2 軋材典型缺陷

3 重復實驗

表4 每組實驗探傷合格率

為了排除實驗結果的隨機性，共進行了上述實驗10次，每次實驗均按照上述方案進行實施，鋼種均為60Si2CrVA，統計出每次實驗的一次探傷合格率見表4，計算各種修磨形式的平均一次探傷合格率見表5。多次重復實驗統計的數據表明坯料修磨更有利于材料表面質量的提高。

表5 平均一次探傷合格率

4 結語

（1）鋼坯經修磨后，能有效改善棒材表面質量。特別是對一些用戶要求高，材料實際用途中對表面要求高的鋼種的表面質量改善有很好的效果。

（2）鋼坯表面修磨對軋材表面發紋、結疤、翹皮等缺陷有很好的抑制作用，可為齒輪鋼、彈簧鋼、軸承鋼等特殊鋼提供表面質量提升的解決途徑。