控冷工艺对冷镦钢力学性能和显微组织的影响

2008年 2月第46卷第1期武钢技术

WISCO TEC HNOLO GY   Feb. 2008

          

Vol. 46 No. 1・25・

控冷工艺对冷镦钢力学性能和显微组织的影响

帅习元

(武钢研究院, 湖北武汉430080)

摘 要:对冷镦钢(SWRCH22A ) 进行两种不同控冷工艺试验, 将获得的冷却曲线与该钢的CCT 曲线结合分析得到该钢2种不同控冷工艺条件下关键控冷工艺参数。分析认为调节钢的实际冷却曲线位置可调节钢的强度, 调节钢在铁素体相变区内的冷却速率来调节钢的屈强比。据此对控冷工艺进行优化, 使产品力学性能和组织符合技术要求和用户的要求。关键词:显微组织; 力学性能; 控冷工艺;CCT 曲线

中图分类号:T G 335. 6+3  文献标识码:B  文章编号:100824371(2008) 0120025204

E ffects of controlled cooling process on mechanical properties and

microstructures of cold heading steel

SHUA I Xi 2yuan

(The Research &Develop ment Center of , , Abstract :Two different accelerated on t he cold heading steel SWRC H22A t p t he steel under t he two different achieved by analyzing and comparing t t he curve of t he steel. Result s show t hat t he act ual location of t he steel can be adjusted by regulating t he strengt h of t he steel and t yield st rengt h ratio of t he steel can be adjusted by controlling t he cooling rate of t he steel in t he p hase t ransformation zo ne of t he ferrite. By optimizing t he accelerated cooling p rocess in t his way t he mechanical p roperties and microst ruct ure of t he p roduct s have all been in conformity to t he technical specifications and met wit h t he users’de 2mands.

K ey w ords :microstruct ure ; mechanical properties ; controlled cooling process ; CCT curve

  冷镦钢盘条主要用于制作标准件。盘条的显微组织和力学性能直接影响到用户的使用和产品性能, 而盘条的显微组织和力学性能与控冷工艺有直接关系。对于盘条来说, 控冷工艺不合理, 会直接造成盘条的性能不合格, 从而产生不合格产品。那么, 在钢的成分和轧制工艺一定的情况下, 如何通过调节控冷工艺来调整产品的性能及控制显微组织, 从而生产出用户满意的产品, 这一点对于新产品开发很重要。

对于冷镦钢SWRC H22A 盘条来说, 用户要

求:(1) 抗拉强度小于520M Pa ; (2) 组织为铁素体

作者简介:帅习元(1962-) , 男, 湖北黄梅县人, 高级工程师.

(>80%) +珠光体; (3) 屈强比小于0. 65; (4) 无

魏氏组织。

魏氏组织的存在会降低钢的韧性[1]; 力学性能主要问题是盘条的抗拉强度和屈强比的控制, 以上4个问题都可以通过调节控冷工艺来解决, 尤其是魏氏组织和屈强比的控制。

1 现场试验

1. 1 试验钢种及控冷工艺方案

试验钢种为冷镦钢SWRCH22A , 化学成分见表1。控冷试验在斯太尔摩上进行, 斯太尔摩全长

   ・26・武钢技术第46卷

100m (有效长度73m ) , 调速范围0. 1~1. 0m/s 。

氧化少, 测量现场无水蒸气, 空气干燥, 所以整体测量误差不会超过1%。

表1 SWRCH22A 钢的化学成分

C 0. 18~0. 23

Si

Mn 0. 75~0. 95

P

S

w B /%

在轧制工艺相同条件下, 选择两种不同控冷工艺进行现场试验比较, 控冷工艺如表2。

1. 2 测温仪器和测温环境

现场测温使用的是手提式红外线测温仪, 误差为0. 1%, 黑度系数选为0. 85, 盘条表面干净

Als

≤0. 08≤0. 020≤0. 015≥0. 02

表2 两种不同控冷工艺

方案钢  种

12

SWRCH22A SWRCH22A

轧制规格/

mm

吐丝温度/

880880

保温盖全关全关

斯 太 尔 摩

风  机

第1个开30%; 最后1个开100%; 其它关闭

最后1个开100%; 其它关闭

辊速/m ・s

0. 6~0. 80. 3~0. 4

2 试验结果及分析

2. 1 方案1得到的实测冷却曲线及钢的

组织和性能

表3示出了方案1控冷工艺条件下的现场实测数据, 表4和图1示出了方案1条件下钢的组织。表5示出了方案1表3 辊号

吐丝机

[***********][***********]81192

s 877

8. 6712. 3316. 0019. 6623. 3327. 0030. 6634. 3338. 0041. 6645. 3349. 0052. 6656. 3360. 00

[***********][***********][1**********]4

[***********][***********][1**********]9

/温度/℃62. 56702

65. 1167. 6770. 2272. 7875. 3477. 8980. 4583. 0185. 5688. 1290. 6793. 2395. 7998. 34100. 90103. 46

[***********][***********][1**********]0

图1 方案1得到的组织  ×500表5 方案1钢的力学性能统计分析(41组)

最大 平均最大 平均最大 平均

A /%Z /%

360. 0320. 0535. 0514. 00. 700. 63>35. 0>65. 0

2. 2 方案2得到的冷却曲线及钢的组织

和性能

表6示出了方案2控冷工艺条件下的现场实测数据, 表7和图2示出了方案2条件下钢的组

织。表8示出了方案2下钢的力学性能统计分析结果。

2. 3 用户使用情况

方案1生产的钢, 用户反映钢的强度高了, 在拉拔过程中有个别盘卷出现断丝现象。方案2生产的钢, 用户反映钢的强度适中, 在拉拔过程中几乎无断丝现象。断丝的原因主要是钢的屈强比较大引起的[2], 屈强比大, 意味着钢的屈服强度相对抗拉强度较高, 在拉拔时, 金属就要在较高的拉应力下才能变形, 故易拉断。

表4 方案1得到的组织

批 号

2330-015

2331-0162330-0352332-058

组    织铁素体+珠光体铁素体+珠光体铁素体+珠光体铁素体+珠光体

晶粒度/级10. 5

10. 510. 511. 0

第1期帅习元:控冷工艺对冷镦钢力学性能和显微组织的影响

表6 现场实测数据(方案2)

  ・27・

2. 4. 2 力学性能对比

方案1生产的钢的抗拉强度和屈强比偏高,

采用方案2生产时钢的抗拉强度和屈强比适中。

辊号吐丝机

[***********]81

时间/s 温度/0915

12. 5030. 2046. 9062. 9078. 5093. 50108. 10122. 20

[***********]769744

辊号

203

[***********]357379

时间/s 温度/℃135. 90742

149. 10162. 00174. 50186. 60198. 40209. 90221. 10

232. 00

[***********]687625

3 讨 论

3. 1 CC T 曲线的应用

从表9可见, 冷却速度对钢(SWRC H22A ) 的

组织影响是非常明显的, 表现在铁素体含量和组织结构变化。该钢的CC T 曲线见图3。

表9 冷却速度对钢的组织影响

表7 方案2得到的组织

批 号

W 340047-021-090-106-104-092-066

冷却速度/

晶粒度/级

50. 0

11.010.011.010.011.0

20. 010. 001. 00. 50. 2(℃・s -1)

铁素体

金相组织马氏体+铁素体(呈针状沿奥氏体晶界分布)    魏氏组织

数/%约占35铁素体级

体积分晶粒度/

组    织

铁素体+珠光体(15%) +少量魏氏组织铁素体+珠光体(15%)

铁素体+珠光体(15%) 铁素体+珠光体(15%) 铁素体+珠光体(15%)

+少量魏氏组织+少量魏氏组织+少量魏氏组织

12. 011. 011. 010. 09. 59. 59. 5

+少量魏氏组织10.0~11.0

铁素体+珠光体(15%) +少量魏氏组织

+珠光

约占85

, 部分为魏氏组织大部分为铁素体+珠光

约占88

体, 少部分为魏氏组织铁素体+珠光体, 有轻

约占88

微魏氏组织特征

铁素体+珠光体, 有轻

约占88

微魏氏组织特征

图2 066号试样组织  ×200表8 方案2钢的力学性能统计分析(22组)

最大 平均最大 平均最大 平均

A /%Z /%

300. 0289. 0505. 0490. 00. 630. 59>36. 0>67. 0

2. 4 对两种控冷工艺生产的钢的质量分析2. 4. 1 组织对比

方案1钢的组织为合理组织, 方案2钢的组织中有少量魏氏组织。魏氏组织的产生与钢在相变时的冷却速度有关, 一般来说是冷却速度大了, 因此, 解决此问题就要弄清该钢的两个问题:一是该钢的相变区间是怎样的, 二是该钢在相变区间

内曲线每点的微分(即冷却速度) 。通过控制相变中的冷却速度, 使钢得到正常组织。

 1. 180HV 2. 165HV 3. 160HV 4. 155HV  5. 145HV 6. 140HV 7. 140HV 8. 135HV

图3 SWRCH22A 钢的连续转变曲线(CCT )

  根据实测的冷却曲线无法大致确定相变区

间, 进一步分析就很困难了, 例如, 相变区冷速是否大了或小了, 相变何时结束, 实际冷却曲线的位置等等, 这些都是对钢实行控冷必须要知道的内

   ・28・武钢技术第46卷

容, 为此把现场实测的冷却曲线与该钢的CCT 曲线结合起来分析, 方案1得到的冷却曲线以时间为对数坐标(X 轴) , 以温度为Y 轴得出的就是图4中的a 线, 方案2是b 线。通过图4可测出两种控冷方案条件下, 钢的铁素体相变温度区间和相变冷速, 见表10, 由表10知, 方案1和方案2条件下的铁素体相变温度区间分别为75℃和80℃, 持续时间分别为40s 和100s 。表10示出测量温度在640~742℃, 若测量误差为1%, 温度误差为6~8℃, 与相变温度范围相比误差为10%左右, 表10的数据对钢在相变区的相变行为的判断有很大的指导意义。由图4知, 方案2的冷却曲线比方案1右移, 这样的变化也要通过对数坐标才能明显地表现出来, 对应的钢的硬度也不一样, 第1方案对应钢的硬度为150HV , 第2控冷方案为142HV 。查《金属手册》中的

“黑色金属硬度与抗拉强度换算表”可得出表11。

数见表10。采取降低斯太尔摩的辊速方案后钢的组织见表12, 力学性能见表13。

表10 3种控冷方案得到的铁素体实际相变参数控冷开始温结束温开始时结束时方案

123

平均冷速/

1. 880. 801. 30

最大冷速/

2. 1614. 001. 80

度/℃度/℃

715740742

640660660

间/s

60115165

间/s

100215230

-1-1表11 黑色金属硬度与强度换算表硬度/HV

190

[1**********]5抗拉强度/MPa

660

[1**********]3

表12 降低斯太尔摩的辊速试验钢的组织(方案3) 编号

() Z 013铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15)

组织

组织百分数晶粒度/级10. 011. 0

11. 010. 011. 010. 011. 010. 0

B013铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15) Z 022铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15) B022铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15)

a. 155HV b. 145HV c. 140HV

Z 068铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15) B068铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15) Z 072铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15) B072铁素体+珠光体铁素体(85) , 珠光体(15)

图4 CCT 曲线与实际冷却曲线结合

  从表5和表8可看出该钢的抗拉强度和硬度的关系是符合表11的。因此, 选择实际冷却曲线

位置(在同一控冷模式下) 可微调钢的强度。

根据以上的分析, 方案2控冷工艺较合理, 但需解决魏氏组织问题, 因为魏氏组织会使钢的韧性下降。从图4和表11可看出b 线在铁素体区内的末端冷却速度过大, 是造成魏氏组织的主要原因。因此, 解决此问题有两个办法, 第1个办法是在上述方案2的基础上关闭最后1个风机; 第2个办法是降低斯太尔摩的辊速。第1个办法易造成集卷设备事故及剪头尾时盘条温度太高等问题, 所以采取降低斯太尔摩的辊速的办法(方案3) 来解决问题, 采用方案3得到的实际冷却曲线见图4中的c 线。采用方案3得到的实际相变参

表13 降低斯太尔摩的辊速试验钢力学性能(40组)

最大 平均

最大 平均最大 平均

A /%

Z /%

320. 0312. 0510. 0495. 00. 650. 62>35. 0>66. 0

  由表12和表13看出, 降低斯太尔摩的辊速试

验的盘条力学性能符合要求, 且组织正常。由此得出在现有设备条件下的最佳控冷工艺见表14。  应该指出, 如果不是武钢设备条件限制, 应该是第2种控冷方案+关闭最后1个风机为最佳方案。钢的屈强比与钢在铁素体相变区内的冷却速度有关, 即与钢在铁素体区所处时间长短有关。

(下转第55页)

第1期朱跃刚, 等:干熄焦生产操作方法的分析及优化  ・55・

业废渣制备白炭黑技术转化为生产力, 加速实现起工艺的实用化、工业化、产品规模化, 为我国的

生态经济建设作出贡献。

[参考文献]

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[7] 李辽沙, 董元篪, 金 霞, 等. 一种水合二氧化硅的制备方

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(上接第表14 最佳控冷工艺

钢  种

SWRCH22A

轧制规格/

吐丝温度/

880

保温盖全关

斯 太 尔 摩

风  机最后1个开100%; 其它关闭

辊速/(m ・s -1)

0. 2~0. 4

在铁素体区所处时间越长, 铁素体析出越充分, 钢

的屈强比越小, 否则越大。由表10看出, 方案1~3使钢在铁素体相变区所处时间分别为40、100、65s , 它们最大屈强比分别为0. 70、0. 63、0. 65, 它们的平均屈强比分别为0. 63、0. 59、0. 62。

强比。

(3) 控制钢的铁素体相变过程中的冷却速度, 可以有效地控制冷镦钢的屈强比及不出现魏氏组织。

[参考文献]

[1] 宋维锡. 金属学[M ].北京:冶金工业出版社,1980. [2] 张春燕, 陈嘉华, 吉学军. SWRCH22A 冷镦钢线材拉拔断

4 结 语

(1) 利用实测冷却曲线和钢的CC T 曲线相结

裂分析[J].金属制品,2004(1) :35236.

[3] 刘宗昌, 任慧平, 宋义全. 金属固态相变教程[M ].北京:冶

合的方法, 较精确地确定相变区间, 可以有效地分析实际冷却曲线的合理性。

(2) 在同一控冷模式下, 控制钢实际冷却曲线的位置, 可以有效地控制钢的硬度、抗拉强度及屈

金工业出版社,2003.

(收稿日期:2007208210)


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