砷对50CrVA弹簧钢性能的影响研究

2018-03-04欧阳志

山西冶金 2018年6期

张伟，徐袁，欧阳志

（方大特钢科技股份有限公司，江西南昌 330012）

1 概述

砷与磷同族，是影响高强度弹簧钢质量主要有害元素之一；砷与磷同源，主要由铁矿石冶炼过程带入钢中。砷与磷不同，磷含量可在生产过程中采用科学手段降低至质量要求水平，砷含量目前尚无降低或消除手段，处于自由状态，南方铁矿石砷含量较高，所形成钢产品均含有较高砷元素。砷作为钢中一种非合金元素，其含量会影响钢的诸多性能，尤其是力学性能，砷能降低钢的焊接性能，使钢的冷脆性增加[1]。研究还表明随着砷含量的增加，疲劳裂纹扩展速度增加[2]。本文研究了不同砷含量对50CrVA弹簧扁钢性能的影响，并给出了弹簧钢中的砷含量控制要求。

选择几种不同砷含量50CrVA弹簧钢坯，轧制成90 mm×20 mm规格弹簧扁钢，轧制工艺按现行轧制工艺执行，前后两次取样，分别用于原材料的冶金质量及机械性能检测试验和热处理工艺性能检测试验。

2 原材料检试验

2.1 化学成分分析

材上成分检测结果见表1（按As含量从低到高）。

2.2 低倍、脱碳、硬度检测

低倍、脱碳、硬度检测检测结果见表2（按As含量从低到高）。

从表2可以看出:当w(As)从0.016%逐渐升高到0.105%时，低倍、脱碳、表面硬度值均符合标准要求且无明显变化规律，说明As含量在此范围内对扁钢低倍、脱碳、表面硬度无明显有害影响。

表1 材上化学成分 %

表2 低倍、脱碳、硬度检测检测结果

2.3 拉力、冲击性能检测

取扁钢原材料常规样和中心样，分别进行拉力、冲击性能检测，常规样、中心样各做2根拉力样和3个冲击样，分别取平均值后作趋势图，结果见下页图1—图 4。

从原材料拉力、冲击试验结果可以看出:当w(As)从0.016%逐渐升高到0.105%时，原材料常规样机械性能四项指标（屈服、抗拉、延伸、面缩）无明显变化规律，冲击功亦无明显变化规律。当w(As)从0.016%逐渐升高到0.105%时，原材料中心样机械性能四项指标（屈服、抗拉、延伸、面缩）无明显变化规律，冲击功亦无明显变化规律。

图1 不同砷含量对原材料常规样机械性能的影响

图2 不同砷含量对原材料常规样冲击韧性的影响

图3 不同砷含量对原材料中心样机械性能的影响

图4 不同砷含量对原材料中心样冲击韧性的影响

3 热处理工艺性能试验

3.1 化学成分分析

材上成分检测结果见表3。

3.2 拉力、冲击性能检测

表3 材上化学成分 %

取扁钢常规和中心毛坯样，按照850℃淬火（油）+450℃回火（水）工艺进行热处理，之后对毛坯样进行精加工，分别进行热处理后的拉力、冲击性能检测，常规样、中心样各做两根拉力样和三个冲击样，分别取平均值后作趋势图，结果见图5～图8。

图5 不同砷含量对热处理常规样机械性能的影响

图6 不同砷含量对热处理常规样冲击韧性的影响

从扁钢热处理后的拉力、冲击试验结果可以看出:当w(As)从0.018%逐渐升高到0.115%时，热处理常规样机械性能四项指标（屈服、抗拉、延伸、面缩）无明显变化规律，冲击功略有下降。当w(As)从0.018%逐渐升高到0.115%时，热处理中心样性能指标屈服、抗拉、延伸、冲击功无明显变化规律，当w(As)＞0.045%时，面缩呈较明显下降趋势。