不同軋制冷卻工藝對F38MnS6鋼性能的影響

李占陽， 崔 冕

(江蘇蘇鋼集團(tuán)蘇州蘇信特鋼有限公司，江蘇 蘇州 215151)

引 言

非調(diào)質(zhì)鋼上世紀(jì)70年代起源于德國，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)等關(guān)鍵部件，其代表鋼種為49MnVS3，目前已經(jīng)逐步被38系列鋼種取代。

曲軸是汽車發(fā)動機(jī)中最重要的部件之一，為汽車動力輸出的主要載體，曲軸工作中承受彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷的作用，因此要求曲軸有足夠的強(qiáng)度和韌性。目前，蘇信特鋼有限公司(以下簡稱“蘇鋼”)采用常規(guī)軋制工藝生產(chǎn)的F38MnS6鋼力學(xué)性能往往都偏低，屈服強(qiáng)度多在450～455 MPa，抗拉強(qiáng)度多在750～760 MPa之間；此產(chǎn)品為鍛造非調(diào)質(zhì)鋼，客戶后續(xù)經(jīng)鍛造、控冷后力學(xué)性能會提升，可達(dá)到成品要求。為了保證原材料的實物質(zhì)量水平，蘇鋼優(yōu)化了棒材軋制緩冷前的冷卻速率，以提升其力學(xué)性能，更好地滿足客戶要求。

1 主要生產(chǎn)工藝

1)蘇鋼生產(chǎn)F38MnS6鋼材的工藝流程如下：

高爐鐵水→100 t電弧爐EAF→精煉爐LF→真空脫氣VD→CCM連鑄(電磁攪拌)→連鑄坯緩冷→步進(jìn)式加熱爐→軋制Ф100 mm鋼材(往復(fù)式軋機(jī))→緩冷→精整。

2)F38MnS6鋼材軋制工藝制度如下：

采用240 mm×240 mm方坯軋制成材。加熱爐預(yù)熱段溫度≤900 ℃，加熱溫度1180～1200 ℃，保溫時間在3～5 h。開軋前坯料經(jīng)表面除鱗，開軋溫度≥1050 ℃，經(jīng)過初軋、中軋、精軋三機(jī)架軋機(jī)軋制為Ф100 mm鋼材。

2 主要技術(shù)要求

1)F38MnS6鋼的協(xié)議熔煉化學(xué)成分要求如表1所示。

表1 F38MnS6鋼的協(xié)議熔煉化學(xué)成分/%

2)鋼材成品性能要求如表2所示。

表2 F38MnS6鋼的力學(xué)性能要求(熱軋態(tài))

3)熱軋態(tài)鋼材成品顯微組織應(yīng)為珠光體+鐵素體，不允許有馬氏體和貝氏體存在。

3 試驗方法及結(jié)果分析

3.1 熔煉化學(xué)成分

冶煉化學(xué)成分按協(xié)議要求的中、上限控制，本次試驗冶煉化學(xué)成分不做改進(jìn)，實際化學(xué)成分如表3所示。

表3 F38MnS6鋼的熔煉化學(xué)成分/%

3.2 緩冷試驗方案

此次試驗重點改變軋制后的冷卻工藝，試驗方案如下：

試驗方案1：精軋控溫，軋制溫度≤850 ℃，常規(guī)緩冷。

試驗方案2：精軋控溫，軋制溫度≤850 ℃，軋后在冷床上采用吹風(fēng)+水霧冷卻。

常規(guī)軋制工藝：精軋不控溫，實際進(jìn)入精軋溫度在930 ℃，進(jìn)入冷床溫度在760 ℃左右，軋后正?？绽?。

3.3 試驗實施情況

試驗方案1：爐號096鋼坯軋制棒材，待其表面溫度降到850 ℃后進(jìn)行精軋，鋸切后鋼材表面溫度710 ℃左右。

試驗方案2：爐號097鋼坯軋制棒材，待其表面溫度降到850 ℃后進(jìn)行精軋，鋸切后采用三臺風(fēng)機(jī)吹風(fēng)+水霧冷卻，冷卻90 s后，下冷床后緩慢冷卻(入冷床鋼材表面溫度約640 ℃左右)。實際生產(chǎn)冷卻現(xiàn)場情況如圖1所示。

3.4 顯微組織與力學(xué)性能

3.4.1 熱軋態(tài)顯微組織

三種方案情況下，鋼材表面及半徑1/2處的顯微組織均為鐵素體+珠光體，未出現(xiàn)馬氏體或貝氏體，均滿足客戶要求，如圖2～4所示。

3.4.2 力學(xué)性能

不同冷卻條件下鋼材縱向力學(xué)性能如表4所示(取樣位置為距鋼材表面半徑1/2處)。

3.5 試驗結(jié)果分析

(1)常規(guī)軋制工藝與試驗方案1條件下，軋制鋼材的強(qiáng)度無明顯差別，均接近技術(shù)要求的下限，容易發(fā)生客戶進(jìn)廠復(fù)驗熱軋態(tài)性能不合格風(fēng)險。生產(chǎn)過程中，這兩種方案的鋼材下冷床表面溫度實測分別約為760 ℃和710 ℃；而經(jīng)過計算，該鋼種的Ac3溫度約為785 ℃，Ac1溫度約為730 ℃。試驗方案1條件下棒材下冷床表面溫度710 ℃，心部溫度往往在730 ℃以上。所以，以上兩方案生產(chǎn)的棒材下冷床后冷卻緩慢，內(nèi)部組織將繼續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致鋼中先共析鐵素體含量偏高，珠光體片間距大，使棒材的強(qiáng)度偏低。

圖1 吹風(fēng)+水霧冷卻

圖2 常規(guī)軋制工藝熱軋態(tài)顯微組織

圖3 試驗方案1條件下熱軋態(tài)顯微組織

圖4 試驗方案2條件下熱軋態(tài)顯微組織

(2)試驗方案2條件下，棒材強(qiáng)度結(jié)果較理想，比客戶的性能要求高40～50 MPa，富余量較多。這主要是因為棒材經(jīng)鋸切后采取了快速冷卻方式，使鋼材下冷床表面溫度降低到640 ℃，遠(yuǎn)低于Ac1溫度，減少了先共析鐵素體含量，增加了珠光體含量和減小了其片間距，使棒材的強(qiáng)度增加。

(3)三種方案條件下棒材顯微組織表明，常規(guī)軋制工藝及試驗方案1的顯微組織無明顯差異，試驗方案2的鐵素體含量要比常規(guī)軋制工藝和試驗方案1要少，晶粒更細(xì)小，晶粒度約為8級，因此強(qiáng)度較高。

4 結(jié)束語

(1)采用控軋、控冷工藝，精軋控溫≤850 ℃，軋后采用吹風(fēng)+水霧冷卻工藝，減少了先共析鐵素體含量，強(qiáng)度提升明顯、富余量較多，很好地滿足了協(xié)議技術(shù)要求，比常規(guī)軋制工藝的強(qiáng)度提升了40～50 MPa。

(2)三種方案中的鋼材顯微組織為鐵素體+珠光體，未出現(xiàn)異常組織。

(3)常規(guī)軋制工藝和試驗方案1條件下的棒材強(qiáng)度無明顯差別，均靠近協(xié)議技術(shù)要求下限，容易發(fā)生客戶進(jìn)廠復(fù)驗熱軋態(tài)性能不合格風(fēng)險。