卷取溫度對45帶鋼組織和性能影響的實驗研究

高　銳　夏志升　張振申　王中岐

( 安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司 )

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卷取溫度對45帶鋼組織和性能影響的實驗研究

高銳夏志升張振申王中岐

( 安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司 )

研究了不同的卷取溫度對45帶鋼組織和性能的影響，結(jié)果表明：隨卷取溫度的升高，試驗鋼的強度和硬度降低，塑性提高，且變化幅度較大；當(dāng)卷取溫度在珠光體轉(zhuǎn)變開始溫度以上時，產(chǎn)品組織為近似平衡轉(zhuǎn)變的鐵素體和珠光體組織，該鋼具有較低的強度、硬度和優(yōu)異的塑性特點，提高了產(chǎn)品的加工性能。

卷取溫度45組織性能

ABSTRASTIn this paper, the microstructure and properties of 45 strips by different coiling temperature is studied. The results showed that, the strength and hardness of the experimental steel was reduced, and the toughness was improved, as coiling temperature was increased, and the variation was greatly. When coiling temperature above the pearlite transformation temperature, the product organization was ferrite and pearlite, as changed under the balance. The strength and hardness was low, the plasticity was high, and the processing properties were well.

0　前言

45鋼由于其綜合機械性能好，是生產(chǎn)中常用的材料之一，在齒輪、連接桿、蝸桿、葉輪、泵、活塞、曲軸等零件制造中廣泛應(yīng)用。對于薄規(guī)格45鋼板，一般采用中厚板軋機上軋制生產(chǎn)，但薄規(guī)格產(chǎn)品的空冷速度大，導(dǎo)致熱軋后產(chǎn)品的強度和硬度都高，后續(xù)加工難度很大，需要采用熱處理工藝降低熱軋產(chǎn)品的強度和硬度，造成生產(chǎn)成本較高。熱連軋機組軋制生產(chǎn)的鋼卷具有保溫緩冷的特點，使鋼卷的冷卻速率降低，帶鋼達到近似回火熱處理的作用，使產(chǎn)品的強度、硬度降低，產(chǎn)品的加工性能提高，熱軋后的產(chǎn)品可直接加工，可省去加工前的熱處理工序。另外，熱連軋生產(chǎn)帶鋼時，可通過調(diào)節(jié)卷取溫度控制產(chǎn)品的組織配比，使鋼卷具有不同的性能，滿足不同用途的需要。對薄規(guī)格45鋼板，進行了熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的實驗研究。

1　實驗方法

1.1實驗方法

按照標準GB/T 711-2008的規(guī)定，45鋼的化學(xué)成分要求見表1。實際產(chǎn)品的化學(xué)成分中C、Mn、Si處于中限，P含量控制在0.02%以下，S含量控制在0.01%以下。

表1　45鋼化學(xué)成分要求 　 / %

按照標準GB/T 711-2008的規(guī)定，45鋼熱處理狀態(tài)下的的力學(xué)性能要求見表2。對于熱軋狀態(tài)，產(chǎn)品性能不作要求。

表2　45鋼的力學(xué)性能要求

注：熱處理指正火、退火或高溫回火。

軋制生產(chǎn)工藝流程：加熱-粗軋-精軋-層流冷卻-卷取-包裝-入庫。坯料加熱溫度均熱段溫度為1220 ℃～1240 ℃，加熱時間140 min；粗軋采用3+3的軋制模式，粗軋后的中間坯厚度為48 mm；精軋終軋溫度為870 ℃，產(chǎn)品目標厚度為7.7 mm；為減小卷板頭尾與中間位置性能差，采用了分散冷卻模式，采用了三種不同的卷取溫度進行了試驗，對比分析不同工藝下的組織和性能。

1.2冷卻工藝的確定

45鋼的典型CCT曲線[1]如圖1所示。

圖1　45鋼的CCT曲線

從圖1可以看出，精軋結(jié)束后，鋼中的組織為奧氏體組織，由于卷取前帶鋼的冷速率非常大，卷取后冷卻速率很小，所以卷取溫度就決定了帶鋼最終的組織形態(tài)。為保證熱軋產(chǎn)品后利于加工，冷卻后不能得到貝氏體或馬氏體組織等硬相組織，最終產(chǎn)品的理想組織應(yīng)該為一定比例的鐵素體加珠光體組織。由CCT曲線可見，45鋼進行珠光體轉(zhuǎn)變主要有四種情況，卷取溫度在Ac1b以下時，帶鋼在層流冷卻過程已經(jīng)進行了奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變，且已經(jīng)轉(zhuǎn)變完成；卷取溫度在Ac1a～Ac1b時, 帶鋼在層流冷卻過程奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始，轉(zhuǎn)變未完成；卷取溫度在Ac3～Ac1a時，帶鋼在層流冷卻過程過冷奧氏體要析出鐵素體組織，還未進行珠光體轉(zhuǎn)變；當(dāng)卷取溫度在Ac3以上時，帶鋼在層流冷卻過程中沒有相變，卷取后再發(fā)生相變。因為高溫對卷取機的危害較大，為保護設(shè)備，將進行前三種卷取溫度進行試驗，結(jié)合45鋼CCT曲線，試驗鋼的卷取溫度分別定為640 ℃、670 ℃、690 ℃。

1.3試驗鋼的微觀組織及性能檢驗

試驗軋制板材現(xiàn)場取樣。制備金相樣品，用4%硝酸酒精溶液腐蝕后觀察材料組織，采用ZEISSObserver.A1m光學(xué)顯微鏡進行微觀組織拍照。對試制鋼板，取橫向試樣，進行橫向拉伸試驗，拉伸試驗執(zhí)行標準GB/T 228.1；按照GB/T 231.1進行布氏硬度試驗。

2　實驗結(jié)果及分析

2.1力學(xué)性能

試驗鋼熱軋態(tài)的力學(xué)性能見表3。

表3　不同工藝下的力學(xué)性能

由表3可知，卷取溫度為640 ℃時，屈服強度為551 MPa，抗拉強度為813 MPa，布氏硬度為228 HB，延伸率為16.5%；當(dāng)卷取溫度提高到690 ℃時，屈服強度降低到357 MPa，抗拉強度降低到615 MPa，布氏硬度降低到178 HB，延伸率提高到24.5%，說明隨著卷取溫度的升高，試驗鋼的強度指標和布氏硬度降低，延伸率升高，且變化幅度非常大，說明卷取溫度對45鋼的性能影響非常大。

45帶鋼熱軋態(tài)的力學(xué)性能與標準GB/T 711-2008中規(guī)定的45鋼的性能對比結(jié)果表明，1#試驗鋼的性能不符合標準要求，2#和3#試驗鋼的性能滿足標準要求；2#和3#試驗鋼的性能相比，3#的強度和硬度更低，更接近標準的下限規(guī)定，且延伸率達到24.5%，大大超過標準規(guī)定的17%，使3#的加工性能更優(yōu)異。

2.2金相組織

不同工藝下試驗鋼的金相組織分別如圖2、圖3和圖4所示。

從圖2可以看出，1#試驗鋼板厚度方向不同位置的組織中均為先共析鐵素體和索氏體組織，鐵素體比例在10%左右，鐵素體沿晶界呈網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀析出，邊部有輕微脫碳現(xiàn)象。

從圖3可以看出，2#試驗鋼與1#試驗鋼相近，但先共析鐵素體的比例較高達到20%～30%。

(a) 邊部

(b) 板厚1/4 處

(c) 中心

圖21#試驗鋼的的金相組織

(a) 邊部

(b) 板厚1/4 處心

(c) 中心

圖32#試驗鋼的的金相組織

(a) 邊部

(b) 板厚1/4 處

(c) 中心

圖43#試驗鋼的的金相組織

從圖4可以看出，3#試驗鋼的組織為鐵素體加珠光體組織，珠光體組織片層結(jié)構(gòu)比較明顯，組織中不僅有先共析鐵素體，還有部分共析轉(zhuǎn)變過程形成的鐵素體，鐵素體總比例達到40%左右。

對比1#、2#、3#試驗鋼的組織發(fā)現(xiàn)，隨著卷取溫度的升高，鐵素體比例逐漸提高，且當(dāng)卷取提高690 ℃時，組織由索氏體組織變?yōu)橹楣怏w組織。

2.3實驗結(jié)果分析

珠光體和索氏體都是屬于珠光體類型的組織，都是鐵素體和滲碳體組成的片層相間的機械混合物，其主要差別是片層間距粗細不同。珠光體是較高溫度下形成的，珠光體比較粗，其片間距為0.6 μm～1.0 μm；索氏體形成溫度稍低，其片見距較細，約為0.25 μm～0.30 μm。珠光體類型鋼的機械性能主要受珠光體的片間距決定，強度和硬度隨片間距的縮小而增大[1]。

鐵素體是碳溶解于α鐵中的間隙固溶體，為體心立方晶格，碳在鐵素體的溶解能力很小，室溫下，碳在鐵素體的溶解的溶解度在0.008%以下，鐵素體是鋼中的軟相組織，其強度和硬度低，韌性好。

1#試驗鋼的卷取溫度為640 ℃，處于Ac1b以下，帶鋼在層流冷卻過程已經(jīng)進行了奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變，且轉(zhuǎn)變已經(jīng)完成；2#試驗鋼的卷取溫度為670 ℃，卷取溫度處于Ac1a～Ac1b之間，帶鋼在層流冷卻過程奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始，轉(zhuǎn)變未完成；3#試驗鋼的卷取溫度在Ac3～Ac1a之間，帶鋼在層流冷卻過程過冷奧氏體先析出鐵素體，還未進行珠光體轉(zhuǎn)變。由于1#和2#試驗鋼最終的組織均為鐵素和索氏體組織，但2#試驗鋼的轉(zhuǎn)變溫度高，鐵素體的比例高，且索氏體的片間距要粗于1#試驗鋼，因此最終的性能表現(xiàn)為2#試驗鋼的強度和硬度性能指標低于1#試驗鋼，但塑性要好于1#試驗鋼。3#試驗鋼的卷取溫度為690 ℃，過冷奧氏體先析出鐵素體，還未進行珠光體轉(zhuǎn)變，卷取后帶鋼的冷速很低，當(dāng)冷卻到Ac1a時，剩余的過冷奧氏體將發(fā)生近似平衡轉(zhuǎn)變，得到片層較大的珠光體組織，且鐵素體比例達到40%左右，鐵素體比例大大超過1#和2#試驗鋼，因此其強度和硬度要低于1#和2#試驗鋼，塑性高于1#和2#試驗鋼。

3　結(jié)論

1)使用熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的45帶鋼，隨卷取溫度的升高，其強度和硬度降低，塑性提高，且變化幅度較大。

2)使用熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的45帶鋼，當(dāng)卷取溫度在珠光體轉(zhuǎn)變開始溫度以上時，產(chǎn)品組織為接近平衡轉(zhuǎn)變的鐵素體和珠光體組織，該鋼具有較低的強度和硬度，較好的塑性，使其加工性能優(yōu)異。

[1]崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2000:254-256, 277.

EXPERIMENTAL STUDY ON MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF 45 STRIPS BY COILING TEMPERATURE

Gao RuiXia ZhishengZhang ZhenshenWang Zhongqi

( Anyang Iron and Steel Group Co., Ltd )

coiling temperature45microstructureproperties

升，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2016—5—10