吐絲溫度對(duì)30CrMnTi鋼組織及性能的影響

彭學(xué)藝，任學(xué)堂，肖丙政

(南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035)

30CrMnTi作為一種中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，具有較高強(qiáng)度、韌性及淬透性，主要用于制造高負(fù)荷、高耐磨的銷軸類重要零部件[1-4]。目前下游用戶的主要工藝流程為：熱軋盤條→拉拔→下料→加工→熱處理→檢驗(yàn)→入庫(kù)。從工藝流程來看，拉拔性能對(duì)后道深加工具有很大的影響，但該鋼種含有較高的C、Cr、Si、Mn等合金元素，盤條在軋后冷卻過程極易形成強(qiáng)度、硬度高、塑性低的馬氏體和貝氏體組織，從而影響到客戶的拉拔加工工序[5]。因此，研究軋后的控冷工藝對(duì)30CrMnTi組織轉(zhuǎn)變的影響對(duì)軋鋼工藝的制定具有重要的影響。

1 試驗(yàn)方案

鑒于斯太爾摩風(fēng)冷線長(zhǎng)度布局，為確保盤條進(jìn)入罩蓋后能有充分的時(shí)間進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變，風(fēng)冷輥道輥速設(shè)定為25 r/s。若風(fēng)冷輥道輥速設(shè)定太慢，搭接點(diǎn)堆積太厚，不利于搭接點(diǎn)過程溫降及組織轉(zhuǎn)變。因此，對(duì)30CrMnTi鋼控冷工藝試驗(yàn)方案設(shè)定如表1所示。

表1 30CrMnTi鋼控冷工藝試驗(yàn)方案Table 1 Test scheme of controlled cooling process for 30CrMnTi steel

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 顯微組織

圖1為不同試驗(yàn)工藝條件下30CrMnTi鋼盤條的顯微組織。試驗(yàn)方案1#～4#條件下30CrMnTi鋼盤條顯微組織分別為：鐵素體+貝氏體+馬氏體+少量珠光體、鐵素體+珠光體+馬氏體+微量貝氏體、鐵素體+珠光體+少量馬氏體和鐵素體+珠光體。結(jié)合工藝條件及組織形貌可知：隨吐絲溫度的降低，盤條內(nèi)部的貝氏體、馬氏體含量逐漸減少，直至完全消失。

(a)方案1#；(b)方案2#；(c)方案3#；(d)方案4#圖1 不同試驗(yàn)工藝條件下30CrMnTi鋼盤條的顯微組織(a)scheme 1#；(b)scheme 2#；(c)scheme 3#；(d)scheme 4#Fig.1 Microstructure of 30CrMnTi steel wire rod under different test process conditions

2.2 力學(xué)性能

圖2為不同試驗(yàn)工藝條件下30CrMnTi鋼盤條的力學(xué)性能。由圖2可知，隨著吐絲溫度的降低，盤條的抗拉強(qiáng)度由950 MPa降至645 MPa，面縮率由31%提升至74%。這是因?yàn)殡S吐絲溫度的降低，盤條內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變更充分，強(qiáng)度高、硬度大的貝氏體及馬氏體在不斷的減少，而硬度低、變形能力強(qiáng)的鐵素體在不斷增加。

圖2 不同試驗(yàn)工藝條件下30CrMnTi鋼盤條的力學(xué)性能Fig.2 Mechanical properties of 30CrMnTi steel wire rod under different test process conditions

3 分析與討論

圖3為30CrMnTi鋼的CCT曲線。由圖3可知，當(dāng)冷卻速度<1.25 K/s時(shí)，盤條內(nèi)部組織可完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體；當(dāng)冷卻速度為1.25～3 K/s時(shí)，未完全轉(zhuǎn)變的奧氏體組織將向貝氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，此時(shí)盤條內(nèi)部組織為鐵素體+珠光體+貝氏體；當(dāng)冷卻速度>3 K/s時(shí)，則開始出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變，此時(shí)盤條內(nèi)部組織為鐵素體+珠光體+貝氏體+馬氏體；當(dāng)冷卻速度>4 K/s時(shí)，盤條內(nèi)部則不會(huì)出現(xiàn)珠光體轉(zhuǎn)變，此時(shí)組織為鐵素體+貝氏體+馬氏體；當(dāng)冷卻速度>18 K/s時(shí)，則盤條僅進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變[6]。

圖3 30CrMnTi鋼CCT曲線分析[6]Fig.3 CCT curve analysis of 30CrMnTi steel[6]

對(duì)于熱軋30CrMnTi鋼，其后道拉拔需要進(jìn)行較大的變形量，其最理想的組織為鐵素體+珠光體，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生強(qiáng)度高、硬度高、塑性低的馬氏體和貝氏體組織。所以在制定軋制工藝時(shí)，應(yīng)盡量使奧氏體在斯太爾摩風(fēng)冷線上完全快速轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度測(cè)量，當(dāng)輥速一定時(shí)，吐絲溫度控制在910±10、860±10、820±10和780±10 ℃，盤條在罩時(shí)間約250 s，出罩搭接點(diǎn)溫度控制在730±10、705±10、675±10和640±10 ℃。結(jié)合30CrMnTi鋼的CCT曲線分析，當(dāng)吐絲溫度控制在910±10 ℃時(shí)，出罩溫度為730±10 ℃，此時(shí)僅部分奧氏體向鐵素體發(fā)生轉(zhuǎn)變，在集卷過程中，由于冷速大，未轉(zhuǎn)變的奧氏體向貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變。當(dāng)吐絲溫度進(jìn)一步降低，較低的吐絲溫度縮短了盤條組織轉(zhuǎn)變的孕育期，增加了奧氏體晶界處形核能，促使晶粒更多的向鐵素體進(jìn)行轉(zhuǎn)變[7]，同時(shí)，間接的延長(zhǎng)了盤條在罩發(fā)生相變時(shí)間，使得奧氏體向鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變量不斷增加[8-9]。但心部由于受偏析影響，合金含量高，奧氏體穩(wěn)定好，使得心部殘余奧氏體僅在較低溫度下向馬氏體轉(zhuǎn)變，故此在較低的吐絲溫度下，盤條僅存在馬氏體，而幾乎很少存在貝氏體，而馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)也隨吐絲溫度的降低逐漸減少，直至完全消失。

4 結(jié)論

1)降低吐絲溫度可使盤條更接近相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)，有利于促使奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體，避免強(qiáng)度、硬度高、塑性低的馬氏體和貝氏體組織，進(jìn)而降低盤條的抗拉強(qiáng)度，提高盤條的面縮率。

2)為降低心部偏析對(duì)組織性能的影響，吐絲溫度應(yīng)控制在780±10 ℃，以保證奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體。