40Cr冷鐓鋼盤條錠型偏析原因分析

馬立國(guó)，郭大勇，寧東，羅建華，韓立濤，車安

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021；3.鞍鋼股份有限公司線材廠，遼寧鞍山114021）

40Cr冷鐓鋼盤條錠型偏析原因分析

馬立國(guó)1，郭大勇1，寧東2，羅建華2，韓立濤3，車安3

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021；3.鞍鋼股份有限公司線材廠，遼寧鞍山114021）

通過(guò)成分線掃描、硬度測(cè)量、金相組織檢驗(yàn)等方法，對(duì)鞍鋼生產(chǎn)的40Cr冷鐓鋼盤條產(chǎn)生的錠型偏析缺陷成因進(jìn)行了分析。線掃描結(jié)果顯示，盤條Mn、Si、P、S、Cr元素分布均勻，C元素分布不均；盤條錠型區(qū)域硬度值最高，珠光體較多，C元素富集。試驗(yàn)結(jié)果表明，盤條C元素分布不均是導(dǎo)致錠型偏析的主要原因。

冷鐓鋼；40Cr盤條；錠型偏析

40Cr合金冷鐓鋼用于制造10.9級(jí)以上高強(qiáng)度緊固件，具有強(qiáng)度高、淬透性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到建筑、機(jī)械、船舶、電子、汽車等行業(yè)。寶鋼、臺(tái)灣中鋼、韓國(guó)浦項(xiàng)等企業(yè)生產(chǎn)的40Cr等合金冷鐓鋼盤條質(zhì)量好，價(jià)格高，是國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)高強(qiáng)度、高質(zhì)量緊固件的原材料主要供應(yīng)商；而邢鋼等企業(yè)憑借地域、價(jià)格、售后等優(yōu)勢(shì)條件，在冷鐓鋼盤條市場(chǎng)中也占有重要地位。鞍鋼股份線材廠具備生產(chǎn)規(guī)格40Cr冷鐓鋼盤條的工藝條件，但因不具備輕壓下、緩冷、在線清理等技術(shù)，盤條質(zhì)量無(wú)法得以保證，生產(chǎn)的40Cr冷鐓鋼盤條出現(xiàn)了錠型偏析缺陷。本文對(duì)r 冷鐓鋼盤條進(jìn)行組織及成分分析，研究盤條錠型偏析缺陷的成因，為克服這一缺陷提供依據(jù)。

1　40Cr冷鐓鋼盤條生產(chǎn)工藝及成分要求

40Cr冷鐓鋼盤條生產(chǎn)工藝為：

鐵水預(yù)處理→100 t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→喂絲→280 mm×380 mm方坯連鑄（結(jié)晶器電磁攪拌）→155 mm×155 mm連軋坯→步進(jìn)式加熱→高速線材軋制→冷卻→線材成品。

40Cr冷鐓鋼盤條化學(xué)成分控制要求見(jiàn)表1。

表1　40Cr冷鐓鋼盤條化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

2　盤條錠型偏析宏觀形貌

從圖1看出，盤條表面出現(xiàn)方框形錠型偏析，類似280 mm×380 mm的鑄坯形狀。盤條中的方框形錠型偏析是連鑄坯元素偏析遺留下來(lái)的，是凝固過(guò)程中鋼水流動(dòng)傳熱和溶質(zhì)再分配的結(jié)果。

3　錠型偏析原因分析及采取的措施

3.1盤條成分分析

利用EPMA 1610型電子探針對(duì)盤條試樣沿圖2所示錠型偏析長(zhǎng)方形長(zhǎng)邊中線方向進(jìn)行C、Mn、Si、P、S、Cr元素線掃描分析，分析結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，Mn、Si、P、S、Cr元素分布均勻，無(wú)明顯偏析現(xiàn)象；C元素存在M型偏析分布，即盤條中心對(duì)應(yīng)C元素最低點(diǎn)，說(shuō)明C元素負(fù)偏析；圖1中顯示較黑的區(qū)域?qū)?yīng)C元素較高，說(shuō)明C元素正偏析。

3.2盤條組織分析

對(duì)5D4740、5D4741、6D4821三爐鋼分別取盤條樣，按照HV5硬度測(cè)量方法沿冷鐓鋼盤條錠型黑色區(qū)域長(zhǎng)邊中線方向等距離取8點(diǎn)測(cè)量硬度，取樣位置見(jiàn)圖3，硬度值見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，盤條心部位置點(diǎn)4、5硬度最小，方形黑色區(qū)域3、6硬度最大，邊部點(diǎn)1、2、7、8硬度居中，最大、最小硬度差為20。由電子探針?lè)治鼋Y(jié)果可知，方形黑色區(qū)域的C含量較高，C增加時(shí)滲碳體含量隨之增加，而滲碳體較鐵素體是硬相，因此該區(qū)域硬度高。這一結(jié)果也證明了C元素分布不均是導(dǎo)致盤條錠型偏析的主要原因。

采用Axiovert 200 MAT金相顯微鏡觀察盤條試樣表面和心部組織，分別對(duì)表面脫碳層進(jìn)行測(cè)量，盤條表面和中心組織形貌見(jiàn)圖5、圖6。

圖5顯示，盤條基體組織為鐵素體+珠光體+少量索氏體，表面晶粒度為11.5級(jí)，有輕微脫碳現(xiàn)象，盤條表面光滑，無(wú)折疊、劃傷、微裂紋等缺陷。圖6為40Cr冷鐓鋼盤條中心組織形貌。

圖6（a）顯示，盤條正常處鐵素體組織較多；圖6（b）顯示，偏析處珠光體組織較多。盤條在冷鐓成型工藝中要承受70%的變形量，因此要求組織應(yīng)具有良好的塑性、韌性，同時(shí)還要滿足熱處理后緊固件的高強(qiáng)度要求。盤條表面質(zhì)量好，可以減少冷鐓工藝生產(chǎn)中的產(chǎn)品表面開裂現(xiàn)象，提高成品率。

3.3盤條力學(xué)性能分析

40Cr冷鐓鋼盤條力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，40Cr冷鐓鋼盤條各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)表明，盤條直徑符合GB/T14981中的C級(jí)精度，鋼的斷面收縮率較高，具有良好的冷鐓成型性，能夠滿足用戶生產(chǎn)高強(qiáng)度緊固件的要求。

表2　40Cr冷鐓鋼盤條力學(xué)性能

3.4討論

碳在鋼中的平衡分配系數(shù)為0.19～0.34，因此最先凝固的坯殼會(huì)出現(xiàn)很大的負(fù)偏析，而實(shí)際凝固時(shí)由于凝固速率很快，固液兩相來(lái)不及建立平衡就已完全凝固，所以在凝固鑄坯的表面一般出現(xiàn)的負(fù)偏析較小。

另外，Cr元素與C元素親合力較強(qiáng)，基本上是置換滲碳體內(nèi)的鐵原子形成穩(wěn)定性較高的合金滲碳體。40Cr冷鐓鋼中Cr含量在1%左右，較高的Cr元素也阻礙了C元素均勻擴(kuò)散。

3.5措施及效果

針對(duì)40Cr冷鐓鋼盤條錠型偏析缺陷，在生產(chǎn)過(guò)程中采取的具體措施如下：

（1）鋼水過(guò)熱度由≤25℃提高到≤30℃。

（2）拉速由0.75 m/s降低到0.70 m/s。

（3）電磁攪拌電流強(qiáng)度從≥500 A降低到400 A。

采取上述措施后，有利于偏析元素的均勻分布，取得了良好效果。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）盤條組織成分及硬度分析結(jié)果表明，C元素分布不均是導(dǎo)致鞍鋼r 冷鐓鋼盤條錠型偏析缺陷的主要原因。

（2）40Cr冷鐓鋼盤條基體組織為鐵素體+珠光體+少量索氏體，表面有輕微脫碳現(xiàn)象，無(wú)折疊、劃傷、微裂紋等缺陷；盤條正常處鐵素體組織較多，偏析處珠光體組織較多。

（3）未來(lái)40Cr冷鐓鋼盤條開發(fā)中，應(yīng)著重研究過(guò)熱度、二冷水強(qiáng)度和拉速等因素對(duì)錠型偏析缺陷的影響，以滿足高強(qiáng)度、高質(zhì)量緊固件的市場(chǎng)需求。

［1］許偉陽(yáng)，曹志剛，顏慧成.齒輪鋼大方坯宏觀碳偏析及形成機(jī)制［J］.煉鋼，2011（5）：27-30.

（編輯 袁曉青）

Analysis on Segregation in Ingot for Wire Rods of 40Cr Cold Forged Steel

Ma Liguo1，Guo Dayong1，Ning Dong2，Luo Jianhua2，Han Litao3，Che An3
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009, Liaoning,China;2.General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021, Liaoning,China;3.Wire Rod Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China）

By means of linear scanning for compositions,hardness measurement,metallographic examination,the causes leading to the segregation of an ingot for wire rods of 40Cr cold forged steel produced by Ansteel are analyzed.The results by linear scanning show that the elements such as Mn,Si,P,S and Cr are in homogeneous distribution in wire rods,but the element of C is not. The hardness value of the ingot for steel wire rods is highest with more pearlite and enriched C. The experimental results show that the segregation in ingot for wire rods is mainly caused by the uneven distribution of C.

cold forged steel;40Cr wire rod;segregation in ingot

TG335

A

1006-4613（2015）02-0059-04

馬立國(guó)，碩士，工程師，2007年畢業(yè)于沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)材料加工工程專業(yè)。

E-mail:mama_01@163.com

2014-05-06