高碳盤條V-Cr-Mo合金化對其組織性能的影響

李培興，薛軍，周敬，雷洪波，李松柏

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

高碳盤條V-Cr-Mo合金化對其組織性能的影響

李培興，薛軍，周敬，雷洪波，李松柏

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

在SWRH82B盤條中添加合金元素V、Cr和Mo，使82B盤條的各項(xiàng)力學(xué)性能得到改善，其中抗拉強(qiáng)度提高了約150 MPa，延伸率提高了約1%，斷面收縮率提高了約7%。分析結(jié)果表明，微合金元素加入后，82B盤條強(qiáng)度的提高，主要是由于珠光體片層間距細(xì)化和鐵素體片層固溶強(qiáng)化與析出強(qiáng)化的共同作用；延伸率和斷面收縮率的提高，主要是由于珠光體球團(tuán)的細(xì)化作用。

高碳盤條；合金元素；片層間距；珠光體球團(tuán)

高碳鋼盤條SWRH82B（簡稱82B）是生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、鋼繩的主要原料之一，高強(qiáng)度鋼絲的特點(diǎn)要求盤條具備很高的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性，且要經(jīng)受冷拉變形，其質(zhì)量及性能的優(yōu)劣倍受用戶關(guān)注，所以高強(qiáng)度鋼絲的研發(fā)關(guān)鍵之一就是提高現(xiàn)有盤條的強(qiáng)度與塑性，而合金化技術(shù)已成為提高82B盤條強(qiáng)度與塑性的主要研究方向。研究表明，當(dāng)高碳盤條中Cr含量控制在0.18%～ 0.24%時(shí)會(huì)增加索氏體量，有效提高盤條強(qiáng)度［1］。文獻(xiàn)［2］也證實(shí)，向82B中添加Cr+V≤0.4%時(shí)，索氏體化率達(dá)到85%以上，性能得到明顯改善。此外，向高碳盤條82B中單一添加V后，可細(xì)化索氏體片層，提高強(qiáng)度，但韌性相應(yīng)下降，而V、N元素的同時(shí)加入可使82B索氏體片層及索氏體球團(tuán)尺寸均減小，強(qiáng)韌性最高［3］。然而向82B鋼中添加VCr-Mo系合金的研究還未有報(bào)道，本文從復(fù)合合金化的角度對82B鋼的組織性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用盤條工藝流程為：轉(zhuǎn)爐冶煉—連鑄連軋—粗軋—精軋—吐絲—風(fēng)冷—集卷—檢驗(yàn)—入

庫。軋制后盤條控制冷卻方式為斯太爾摩冷卻法，盤條經(jīng)過15天的自然時(shí)效處理。選取的材料為82B和合金化的82B（82B-1）兩種，化學(xué)成分見表1。

表1 盤條的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

硝酸酒精溶液腐蝕試樣橫截面后，在ZEISS Aviovert 200 MAT光學(xué)顯微鏡下觀察其金相組織，根據(jù)索氏體含量檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)測量索氏體化率。用苦味酸溶液腐蝕試樣橫截面，在光學(xué)顯微鏡上觀察珠光體的球團(tuán)尺寸，利用Imagetool軟件對不同盤條樣品的球團(tuán)尺寸進(jìn)行定量測量和計(jì)算。采用薄膜雙噴法，在TECNATG2 20透射電鏡上測量珠光體的片層間距，采用復(fù)型法，在透射電鏡上觀察析出相。在德國Zwick/Roell公司的Z100材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 盤條的金相組織

圖1為兩種盤條試樣的金相組織及珠光體球團(tuán)照片。從圖1（a）、（b）中可看出，82B和82B-1的組織均為索氏體組織，兩者的索氏體化率均為1級，索氏體含量均為95%以上。圖1（c）、（d）為82B和82B-1的珠光體球團(tuán)，經(jīng)計(jì)算，82B的珠光體球團(tuán)尺寸為7.6 μm，82B-1的珠光體球團(tuán)尺寸為5.9 μm。

2.2 盤條的力學(xué)性能

表2為盤條的力學(xué)性能，從表中可以看出，與82B相比，82B-1的抗拉強(qiáng)度提高了約150 MPa，82B-1的延伸率提高了約1%，82B-1的斷面收縮率提高了7%。

圖1 兩種盤條試樣的金相組織及珠光體球團(tuán)照片

表2 盤條的力學(xué)性能

2.3 析出相與片層間距的測量

圖2為盤條的析出相。與82B相比，82B-1析出相的量較多，兩者析出相的尺寸均為15～ 60 nm。經(jīng)析出相成分測定，82B的析出相是Ti（C、N），而82B-1的析出相為Ti（C、N）和V（C、N）。

圖3為盤條的TEM圖。通過測量，得出82B的珠光體片層間距為100 nm，82B-1的珠光體片層間距為74 nm。從圖3（c）和（d）的成分測定結(jié)果可知，82B中鐵素體基體的成分為Fe、Mn和Si，Mn和Si固溶到鐵素體基體中；82B-1中鐵素體基體的成分為Fe、Mn、Si、Cr和Mo，Mn、Si、Cr和Mo固溶到鐵素體基體中。

3 分析與討論

加入合金元素V、Cr和Mo后，82B的力學(xué)性能得到改善，抗拉強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率均得到不同程度的提高。一般認(rèn)為，珠光體鋼的強(qiáng)度與珠光體的片層間距和鐵素體的片層強(qiáng)度等有關(guān)，

而韌性與珠光體球團(tuán)尺寸有關(guān)。

提高珠光體鋼強(qiáng)度的方法主要有三種［4］：

（1）細(xì)化珠光體片層間距。

（2）強(qiáng)化鐵素體片層，主要是固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。

（3）增加滲碳體比例。

圖2 盤條的析出相

圖3 盤條的TEM圖和鐵素體成分

82B與82B-1碳的含量都是一致的，因此增加滲碳體比例的因素可以不予考慮。通過測量得出82B的珠光體片層間距約為100 nm，82B-1的珠光體片層間距約為74 nm，添加合金元素V、Cr和Mo后，珠光體片層間距細(xì)化。影響珠光體片層間距的主要因素是轉(zhuǎn)變溫度［5］，隨著冷卻速度增加，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，即過冷度不斷增加，轉(zhuǎn)變所形成的珠光體的片層間距不斷減少，這有兩個(gè)原因：①溫度越低，碳原子擴(kuò)散速度越??；②過冷度越大，形核率越高。添加合金元素后，奧氏體的穩(wěn)定性增強(qiáng)，Cr能有效地延長奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期，減緩?qiáng)W氏體的分解速度，而Mo有強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變的作用，同時(shí)使C曲線向右移，使82B-1珠光體轉(zhuǎn)變溫度降低，碳原子的擴(kuò)散速度降低，從而珠光體片層間距減少。

通過TEM圖與元素分析得出，82B中鐵素體片層主要是由Si和Mn固溶，而82B-1中鐵素體片層主要是由Si、Mn、Mo和Cr固溶。因此，與82B相比，合金元素Cr和Mo與Fe發(fā)生置換型固溶，強(qiáng)化了鐵素體片層，提高了鐵素體片層強(qiáng)度。析出相分析可知，與82B相比，82B-1析出相多了V（C, N），而析出相的量也多。向82B中加入V，V主要以析出為主，析出了V（C,N），82B-1中析出相對鐵素體片層強(qiáng)度的提高也起到一定作用。因此向82B中添加微合金，抗拉強(qiáng)度得到提高主要得益于珠光體片層間距的細(xì)化和鐵素體片層的固溶強(qiáng)化與析出強(qiáng)化的共同作用。

計(jì)算得到82B的珠光體球團(tuán)尺寸為7.6 μm，82B-1的珠光體球團(tuán)尺寸為5.9 μm。添加微合金元素Cr、Mo后，C曲線向右移，使82B-1珠光體轉(zhuǎn)變溫度降低，原子的擴(kuò)散速度變慢，同時(shí)V的析出阻礙了晶粒長大，細(xì)化了晶粒，導(dǎo)致珠光體球團(tuán)變小。因此添加微合金元素，細(xì)化了82B-1的珠光體球團(tuán)，使延伸率和斷面收縮率得到不同程度提高。

4 結(jié)論

（1）通過添加V、Cr和Mo合金元素，改善了82B盤條的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度提高了約150 MPa，延伸率提高了約1%，斷面收縮率提高了7%。

（2）微合金V、Cr和Mo元素的加入，82B盤條強(qiáng)度的提高主要得益于珠光體片層間距的細(xì)化和鐵素體片層的固溶強(qiáng)化與析出強(qiáng)化的共同作用。

（3）微合金元素V、Cr和Mo的加入，細(xì)化了珠光體球團(tuán)，在提高延伸率的同時(shí)，還有效提高了盤條的斷面收縮率。

［1］劉振成,張利光,李斌.微合金元素對高碳鋼盤條組織性能的影響［J］.煉鋼,2008,24（6）:50-52.

［2］劉振成,侯基林,姜德剛.SWRH82B高碳盤條脆斷原因分析［J］.鋼鐵,2003,38(4):52-55.

［3］Toshimi T,Toshiyuki A,Seiki N,et al.Wire rod for 2000 MPa galvanized wire and 2300 MPa PC stand［J］.Nippon steel Technical Report,1999(80):44-49.

［4］馮運(yùn)莉,陳華輝,王成.微Cr高碳鋼線材的應(yīng)用［J］.金屬熱處理,2005,30（7）:28-30.

［5］Sychkov A B,Zhigarev M A,Perchatkin A V,et al,Highcarbon wire rod made of high-chromium steel［J］.Metallurgist, 2006,50（3-4）:183-188.

（編輯 袁曉青）

Effect of V-Cr-Mo Alloying on Microstructure and Property of Wire Rods with High Carbon

Li Peixing,Xue Jun,Zhou Jing,Lei Hongbo,Li Songbai
（Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China）

The various mechanical properties of the SWRH82B wire rod were improved by adding alloying elements such as V,Cr and Mo into the SWRH82B wire rod,in which the tensile strength increased by about 150 MPa,the elongation about 1%and the percentage reduction of area about 7%.The analytical results show that the strength increasing of the 82B wire rod is mainly ascribed to the combined action of the pearlite interlamellar-spacing refining and the ferrite lamellar solution strengthening and precipitation after the miroalloying elements were added.Meanwhile the ductility and the percentage reduction of area increasing of the 82B wire rod is mainly ascribed to the refining effect of pearlite colony.

high carbon wire rod;alloying element;interlamellar spacing;pearlite colony

TG335

A

1006-4613（2016）06-0019-03

2016-01-19

李培興，碩士，助理工程師，2014年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)材料加工工程專業(yè)。E-mail：13644925300@126.com