82B盤條控冷工藝優(yōu)化研究

趙紫鋒，宋介中

（1.百色學(xué)院，廣西 百色533000；2.山西中陽鋼鐵有限責(zé)任公司，山西 中陽033400）

82B鋼屬于高碳高級優(yōu)質(zhì)鋼，具有高抗拉強度、高塑性、高伸長率和低松弛應(yīng)力等特點。由于上述特點，由82B盤條拉拔成絲并捻股成的鋼絞線得以主要應(yīng)用于交通鐵路、公路、跨海大橋、大型建筑、水利和石油運輸?shù)阮I(lǐng)域[1-3]。

線材制品廠對高碳鋼盤條的質(zhì)量要求嚴(yán)格，從組織上看，索氏體化率越高，珠光體片層間距越小，對其拉拔性能提升效果越明顯[4]。從冷卻制度入手可以合理控制產(chǎn)品力學(xué)性能，控制冷卻速度可以減少先共析鐵素體析出，改善珠光體形貌和片層間距[5]，即通過控制組織結(jié)構(gòu)，提高高碳鋼82B盤條的力學(xué)性能。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

本文采用某高線生產(chǎn)的82B高碳鋼盤條，其主要合金元素含量范圍如表1所示。

表1 82B盤條化學(xué)成分 %

1.2 試驗方法

1）用熱膨脹法測定試驗鋼的相轉(zhuǎn)變點。采用DI L805A熱膨脹系數(shù)測定儀進行試驗，設(shè)定冷速分別為0.1℃/s、0.5℃/s、1.0℃/s、5.0℃/s、8.0℃/s、10.0℃/s、11.0℃/s、12.0℃/s、15.0℃/s、20.0℃/s降至室溫，如圖1所示，測定試樣膨脹量隨時間變化曲線。

圖1 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的溫度—時間曲線

2）對實驗1）各種冷卻條件下的樣品做金相和硬度分析，進一步確定組織轉(zhuǎn)變類型，結(jié)合測得的相轉(zhuǎn)變點繪制實驗鋼82B的靜態(tài)CCT曲線。

3）以測得的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線為指導(dǎo)，結(jié)合某高線廠82B盤條生產(chǎn)線實際，制定斯太爾摩風(fēng)冷線冷卻方案，探究冷卻制度對盤條金相組織的影響。

該高線廠為雙高線模式，其中A、B線設(shè)備、工藝完全一致，軋后斯太爾摩風(fēng)冷線共有11臺變頻風(fēng)機。本次試驗品種為82BΦ12.5 mm盤條，軋鋼工藝保持不變，吐絲溫度為820～850℃，僅調(diào)整斯太爾摩風(fēng)冷線。A線保持原工藝，即：1號、2號變頻風(fēng)機48 Hz，3號、4號風(fēng)機關(guān)閉，5～11號風(fēng)機風(fēng)門全開；對B線風(fēng)冷線進行調(diào)整，制定三組試驗方案，分別如下：

方案一：1～4號變頻風(fēng)機48 Hz，5～11號風(fēng)機全開。

方案二：1～4號變頻風(fēng)機48 Hz，5～8號風(fēng)機風(fēng)門全開，9～11號風(fēng)機關(guān)閉；

方案三：1～4號變頻風(fēng)機48 Hz，5、7、8號風(fēng)機風(fēng)門全開，6號、9～11號風(fēng)機關(guān)閉。

對各種方案盤條相同位置處分別取樣，做金相分析。對試樣心部的金相組織，通過軟件統(tǒng)計索氏體化率；在場發(fā)射掃描電鏡下觀察珠光體片層狀分布并測量片層間距。在5000倍下找出片間距最小的珠光體團，然后將該區(qū)域放大到30000倍左右，測量其片間距。測量三次，取平均值，并區(qū)分搭接點和非搭接點的位置。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 82B鋼的CCT曲線

通過熱膨脹法區(qū)分基本轉(zhuǎn)變類型，測得臨界降溫點：tAc1=714℃，tAccm=766℃，tMs=214℃；臨界升溫點：tAr1=551℃，tArcm=691℃。

2.1.1 臨界轉(zhuǎn)變點

按照YB/T 5127—93《鋼的臨界點測點方法（膨脹法）》中的規(guī)定測定不同冷速下的膨脹量—溫度的曲線，按照切線法作圖，得到臨界轉(zhuǎn)變點。

測得臨界降溫點：tAc1=714℃，tAccm=766℃，tMs=214℃；臨界升溫點：tAr1=551℃，tArcm=691℃。

2.1.2 金相組織與硬度

膨脹法只能確定轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變后組織的數(shù)量，不能直觀的判斷轉(zhuǎn)變的組織，常常輔以金相法和硬度法，才能得到準(zhǔn)確的組織轉(zhuǎn)變類型，從而繪制出過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線。

不同冷速下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變得到的金相組織如圖2所示。

圖2 不同冷速下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變后的金相組織（×500）

對不同冷速下的組織進行顯微硬度測試三組硬度值并求均值。綜合熱膨脹實驗和硬度法、金相法，得到各條件下的轉(zhuǎn)變組織和轉(zhuǎn)變類型，將其結(jié)果總結(jié)見表2。

表2 不同的冷卻速度下的相變溫度和硬度值

2.1.3 CCT曲線

由膨脹曲線獲得相變點，結(jié)合金相顯微組織和硬度值，確定對應(yīng)相變點的組織轉(zhuǎn)變類型，用光滑的曲線將同一轉(zhuǎn)變的開始點和終止點分別連接起來，并在圖中標(biāo)明奧氏體轉(zhuǎn)化的Ac1和Accm溫度以及硬度值，得到82B鋼的CCT曲線如圖3所示。

圖3 82B鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線

由圖3可見，相變開始前冷速越大，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的溫度越低，可抑止珠光體的轉(zhuǎn)變，奧氏體更多的轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w。在索氏體相變過程中，還要保持穩(wěn)定的相變溫度和一定的冷卻速度。

馬氏體組織嚴(yán)重影響盤條的拉拔性能，因此要控制冷卻過程中馬氏體組織生成，由圖3可見，當(dāng)冷速＜8℃/s時，就可以避免馬氏體相變的發(fā)生，但考慮到Mn、Cr元素在心部區(qū)域的富集，增大了局部區(qū)域馬氏體產(chǎn)生的傾向[6]，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，應(yīng)盡量控制冷卻速度在5℃/s以下。

2.2 冷卻制度對82B盤條金相組織的影響

2.2.1 對異常組織的影響

四種工藝方案條件下的盤條典型金相組織如圖4所示。

圖4 實驗盤條金相組織

由圖4可見，原工藝的金相組織中沒有發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物和馬氏體等異常組織，但是有明顯的片層粗大的珠光體組織。原工藝由于停開3、4號風(fēng)機，較早發(fā)生了珠光體轉(zhuǎn)變，形成粗大的珠光體組織。

方案一盤條金相組織中，發(fā)現(xiàn)心部偶爾有馬氏體組織產(chǎn)生，組織評級為0.5級。由于1～11號風(fēng)機全部開啟，在風(fēng)冷線后段，可能局部已經(jīng)進入馬氏體相變溫度范圍內(nèi)，由于較大的冷卻速度導(dǎo)致馬氏體相變的發(fā)生。

方案二金相組織中未見馬氏體等異常相，本方案由于9—11號風(fēng)機停開，避免了盤條在低溫段較大的冷卻強度，降低了發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的可能性。

方案三金相組織中沒有發(fā)現(xiàn)異常組織，在方案二的基礎(chǔ)上停開了6號風(fēng)機，有利于穩(wěn)定相變溫度。

2.2.2 對索氏體率的影響

通過軟件提取各種工藝條件下盤條金相組織中索氏體部分，如圖5所示（圖中亮色區(qū)域），并統(tǒng)計不同工藝的索氏體化率，結(jié)果記錄在表3中。

圖5 不同工藝方案試樣的索氏體組織

通過軟件提取索氏體部分（圖中紫紅色區(qū)域），統(tǒng)計不同工藝不同位置的索氏體化率，結(jié)果記錄在表3中。

表3 不同試樣索氏體率 %

結(jié)果顯示，三種試驗方案索氏體率與原工藝比均有不同程度的提高，方案三提高最為明顯，達到90%以上，主要因為開啟了3號、4號風(fēng)機，增加了相變過冷度。方案三由于關(guān)停了6號風(fēng)機，穩(wěn)定了索氏體相變區(qū)間溫度，促使更多的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w，明顯提高了索氏體率。

2.2.3 對珠光體的片間距的影響

各方案盤條金相組織的SEM圖如圖6所示。

圖6 不同試樣的珠光體形態(tài)SEM照片

測量上圖中的珠光體片間距，取三次測量的平均值，得到各個位置的珠光體片間距大小，記錄在下頁表4。

原工藝由于3號、4號風(fēng)機停開，導(dǎo)致發(fā)生相變的過冷度較低，影響了冷卻轉(zhuǎn)變，使得發(fā)生大量的珠光體轉(zhuǎn)變，生成片間距大于150 nm的粗片狀珠光體，對盤條的力學(xué)性能產(chǎn)生了不利影響。

表4 不同試樣珠光體片層間距 mm

工藝三盤條索氏體率最高，珠光體平均片層間距最小。對工藝三斯太爾摩風(fēng)冷線進行測溫，盤條4號風(fēng)機出口溫度大概為（630±10）℃，5號風(fēng)機前冷卻速率＞8℃/s；8號風(fēng)機出口溫度為（570±10）℃，關(guān)閉6號風(fēng)機有利于索氏體轉(zhuǎn)變溫度的穩(wěn)定，提高索氏體相變率。

因此，應(yīng)在冷卻轉(zhuǎn)變開始前，盡量增大冷速，加大相變時的過冷度，避免發(fā)生高溫珠光體轉(zhuǎn)變，促使其發(fā)生索氏體轉(zhuǎn)變，同時，盡量保持轉(zhuǎn)變溫度的平穩(wěn)，控制返紅溫度盡量的小。

3 結(jié)論

1）通過大量的實驗研究，得到不同冷卻速度條件下的82B盤條材料的相變溫度點，繪制出82B高碳鋼盤條的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線），為制定冷卻工藝提供指導(dǎo)。

2）冷卻過程的控制對索氏體率和珠光體片間距的影響顯著。通過保持相變前8℃/s以上的冷卻速度，同時穩(wěn)定索氏體轉(zhuǎn)化溫度在560～640℃，可以將索氏體化率從88%左右提高到90%以上，同時減小珠光體片間距至150 nm以下。

3）控制盤條低溫段的冷卻強度在5℃/s以下，防止產(chǎn)生心部馬氏體組織。