高碳鋼線材拉伸性能的影響因素

高碳鋼線材拉伸性能的影響因素

覃之光夏艷花

(武鋼(集團(tuán))公司 研究院湖北武漢：430080)

摘要為了研究影響高碳鋼線材拉伸性能的因素，避免馬氏體組織，進(jìn)行了熱模擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用，結(jié)果表明：隨著吐絲溫度提高，鋼材的抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率提高，珠光體片層間距減小，且冷速為15℃/s鋼的抗拉強(qiáng)度優(yōu)于10℃/s的鋼，但吐絲溫度達(dá)到940℃，因鋼中出現(xiàn)馬氏體組織，雖然抗拉強(qiáng)度仍有提高，但斷面收縮率下降。生產(chǎn)中通過調(diào)整斯太爾摩入口輥速、風(fēng)機(jī)風(fēng)量來控制冷卻速度和相變溫度，可以達(dá)到所期望的金相組織和拉伸性能。

關(guān)鍵詞高碳鋼；線材；拉伸性能；影響因素

中圖分類號：TG142.1+4

收稿日期：2014-10-24修回日期：2014-12-16

作者簡介：覃之光(1963～)，男，教授級高級工程師.E-mail:1768061780@qq.com

連續(xù)冷拉加工用高碳鋼線材的抗拉強(qiáng)度高(≥1100MPa)、斷面收縮率高(≥35%)，鋼的組織以片狀珠光體為主。片狀珠光體的性能主要取決于片層間距。片層間距越小，則珠光體的強(qiáng)度和硬度越高，同時(shí)塑性和韌性也變好。這是因?yàn)?，珠光體的基體相是鐵素體，很軟弱，易變形，主要靠滲碳體片分散其中來強(qiáng)化。滲碳體的強(qiáng)化作用并不是依靠本身的高硬度，而是依靠相界面強(qiáng)化。滲碳體與鐵素體的相界面對位錯運(yùn)動是一個很大的阻礙，因而能提高強(qiáng)度和硬度。片層間距小，越容易變形，同時(shí)，因相界面積增大，強(qiáng)度越高[1]。

對于珠光體的形成規(guī)律和組織、性能特點(diǎn)，主要應(yīng)當(dāng)掌握“過冷度-片層間距-性能”之間的關(guān)系。在實(shí)際生產(chǎn)中，就是通過控制奧氏體的過冷度，來控制珠光體組織的片層間距，從而控制其性能。而過冷度的改變，則是通過改變冷卻速度，或者改變等溫溫度來實(shí)現(xiàn)的[1-2]。

提高變形溫度、加快冷卻速度均能降低珠光體的轉(zhuǎn)變溫度，得到片層間距細(xì)小的索氏體，但變形溫度過高、冷卻速度過快，都容易出現(xiàn)馬氏體組織[3]。為了研究影響高碳鋼線材拉伸性能的因素，避免馬氏體組織，本文進(jìn)行了熱模擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用。

1試驗(yàn)方案與方法

將工業(yè)性試制的Φ11.0mm盤條分別加工成Φ8×12mm、Φ6.5×140mm熱模擬試樣，采用不同吐絲溫度、冷卻速度處理后，進(jìn)行組織及拉伸性能的檢驗(yàn)，其熔煉化學(xué)成分見表1。

表1　試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分

金相組織試樣尺寸為Φ8×12mm，拉伸試樣尺寸為Φ6.5×140mm。實(shí)驗(yàn)工作是在“THERMECMASTOR一Z”熱加工模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，先將熱電偶直接焊在試樣上，用于測量和控制模擬過程中試樣的溫度。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工藝見圖1，其中，兩種試樣分別采用相同的實(shí)驗(yàn)工藝，按880℃、900℃、920℃、940℃保溫后模擬大生產(chǎn)相變前、相變中以及相變后的冷卻速度分段冷卻到100℃。

圖1　試驗(yàn)工藝示意圖

對大生產(chǎn)中生產(chǎn)的Φ9.0mmSWRH82B線材的抗拉強(qiáng)度差別較大的樣品進(jìn)行珠光體片層間距的檢驗(yàn)，分析生產(chǎn)工藝的差別，提出改進(jìn)措施。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1熱模擬試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1對抗拉強(qiáng)度和面縮率的影響

對抗拉強(qiáng)度、面縮率的關(guān)系見圖2、圖3。

圖2　不同冷速下吐絲溫度與抗拉強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系

圖3　不同冷速下吐絲溫度與面縮率的對應(yīng)關(guān)系

試樣編號吐絲溫度(℃)組織滲碳體(級)珠光體片層間距(nm)Rm(MPa)Z(%)1880索氏體(約90%)+珠光體2147.7133037.52900索氏體(約90%)+珠光體3126.31360453920索氏體(約90%)+珠光體2107.6137046.54940索氏體(約85%)+珠光體+馬氏體0138.4140041.5

2.1.2對金相組織和力學(xué)性能的影響

金相組織與力學(xué)性能見表2及圖4、圖5 。

2.2生產(chǎn)驗(yàn)證

生產(chǎn)試制的兩批Φ9.0mmSWRH82B線材的抗拉強(qiáng)度相差80MPa，為了分析原因，對該兩批鋼的軋鋼控冷工藝進(jìn)行了對比，見表3。用掃描電鏡對該兩批線材的珠光體片層間距進(jìn)行了測量，結(jié)果表明：抗拉強(qiáng)度高的A批樣品的珠光體片層間距平均值較抗拉強(qiáng)度低的B批樣品偏低18.3nm，見表4及圖6～8。

圖4　不同吐絲溫度下珠光體片層間距與抗拉強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系

3討論

對于含碳量0.60%～0.85%的高碳鋼，采用較高的冷卻速度得到細(xì)片層的珠光體-索氏體組織。對于化學(xué)成分達(dá)標(biāo)的鋼，其碳當(dāng)量相對穩(wěn)定，吐絲溫度越高，線材的抗拉強(qiáng)度越高，溫度增加幅度越大，轉(zhuǎn)變溫度越低，同時(shí)轉(zhuǎn)變區(qū)間擴(kuò)大。即提高終軋溫度可使珠光體在較低的溫度下轉(zhuǎn)變，而且轉(zhuǎn)變時(shí)間更充分，可以得到的片層組織更細(xì)。但是吐絲溫度升高，奧氏體晶粒增大，降低過冷奧氏體分解的成核率，延長轉(zhuǎn)變的孕育期，從而使轉(zhuǎn)變曲線右移，容易出現(xiàn)馬氏體組織[4]。熱模擬試驗(yàn)結(jié)果基本驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)，隨著吐絲溫度提高，鋼材的抗拉強(qiáng)度提高，珠光體片層間距減小，且冷速為15℃/s鋼的抗拉強(qiáng)度優(yōu)于10℃/s的鋼，吐絲溫度為920℃時(shí)高碳鋼線材的珠光體片層間距最小，抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率最高。但吐絲溫度達(dá)到940℃，因鋼中出現(xiàn)馬氏體組織，雖然珠光體片層間距增大，抗拉強(qiáng)度仍有提高，但斷面收縮率下降。

圖5　熱模擬線材的珠光體片層(40000×)

軋制批號入口輥速(m/min)線材溫度(℃)T3T4T5風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速比(%)1#-3#4#5#-6#7#8#-10#11#-12#13#A44890±20900±20900±1510075753050100100B40890±20900±20900±151008075303010050.6

表4　Φ9.0mmSWRH82B線材的拉伸性能與珠光體片層

圖6　熱軋線材的珠光體片層

圖7　5個視場10個片間距的平均值

圖8　5個視場10個片間距的最大值

生產(chǎn)的Φ9.0mmSWRH82B線材的珠光體片層雖然都在索氏體區(qū)間(100～300nm)，但因B批線材的片層間距均偏上限，最大值處于200～300nm之間，明顯高于A批線材，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度下降。根據(jù)表3設(shè)定的高線軋制冷卻工藝，因盤條線圈間距與輥道速度成正比[5]，B批入口輥道速度低于A批，導(dǎo)致其盤條的線圈間距減小，線圈在運(yùn)輸機(jī)上布放的密度增大，散熱速度降低，在相同的軋制速度、吐絲溫度和風(fēng)機(jī)狀態(tài)下，線材相變前的冷卻速度降低，轉(zhuǎn)變溫度提高，是珠光體片層間距增大的主要原因。另外相變后期風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速比減小，相變升溫過高，導(dǎo)致奧氏體晶粒長大，又因相變時(shí)間延長，珠光體片層間距增大，造成抗拉強(qiáng)度明顯下降。生產(chǎn)中可以通過提高斯太爾摩風(fēng)冷線上的入口輥道速度，加大8#～10#以及13#風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比以降低相變溫度，縮短相變時(shí)間，減小線材的珠光體片層間距，提高拉伸性能。

4結(jié)論

熱模擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明：(1)隨著吐絲溫度提高，珠光體片層間距減小，鋼材的抗拉強(qiáng)度提高，且冷速為15℃/s鋼的抗拉強(qiáng)度優(yōu)于10℃/s的鋼，但吐絲溫度達(dá)到940℃，因鋼中出現(xiàn)馬氏體組織，雖然珠光體片層間距增大，抗拉強(qiáng)度仍有提高，但斷面收縮率下降。

(2)斯太爾摩風(fēng)冷線的入口輥道速度對盤條的冷卻速度有較大影響：生產(chǎn)的Φ9.0mmSWRH82B線材輥速減低，導(dǎo)致其盤條的線圈間距減小，線圈在運(yùn)輸機(jī)上布放的密度增大，散熱速度降低，在相同的軋制速度、吐絲溫度和風(fēng)機(jī)狀態(tài)下，線材相變前的冷卻速度降低，轉(zhuǎn)變溫度提高，是珠光體片層間距增大的主要原因。

(3)相變后期風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速比減小，導(dǎo)致相變升溫過高，相變時(shí)間延長，也是珠光體片層間距增大、拉伸性能下降的原因之一。

參考文獻(xiàn)

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Effect Factor of Tensile Properties on High Carbon Wire Rod

QIN ZhiguangXIA Yanhua

(Research and Development Center of WICSO, Wuhan 430080, Hubei)

Abstract:The thermal simulation laboratory experiments and production application were carried out to study the factors affecting the tensile properties of high carbon wire rod and to avoid martensite. The results showed that as the spinning temperature increased, the tensile strength, reduction of cross-section area increased while the pearlite interlamellar spacing decreased, and that the tensile strength at cooling rate 15 ℃/s was better than that at 10 ℃ /s. In the case of the spinning temperature reaching 940 ℃ due to existence of martensite, the tensile strength was improved, but the reduction of area decreased. In production, the entrance roll speed of Stelmor and the amount of breeze of the breeze machine could be adjusted to control the cooling speed and phase transition temperature, achieving the desired. microstructure and tensile properties.

Key words:high carbon steel; wire rod ; tensile properties; effect factor

(責(zé)任編輯：李文英)