CSP热轧30CrMo钢的组织性能分析

谭 文 韩 斌 蔡 珍 魏 兵

(武汉钢铁(集团)公司研究院 湖北 武汉：430080)

30CrMo钢由于具有较高的强度和硬度、良好的韧性、淬透性和机械加工性能等特点，主要应用于刀具、汽车零部件等行业[1]。近年来，随着国内建筑行业的快速发展，30CrMo钢作为切割锯片基体得到了广泛的应用。

目前30CrMo通常在窄带流程和热连轧等常规流程生产，其产品存在成分偏析和组织不均等问题。与常规流程相比，短流程产线生产的30CrMo钢由于具有偏析小、组织均匀、带状组织轻的优点[2]。武钢短流程产线于2009年正式投产，为最新的一条短流程产线，但一直未进行中高碳钢的开发研究。本文介绍了武钢首次试制30CrMo钢的组织和性能，并对钢中存在的组织和力学不均匀性问题进行了技术分析，并提出了相应的改进措施。

1 试制钢材的化学成分及方案

30CrMo钢的成分如表1所示。

表1 30CrMo钢化学成分

轧制阶段的工艺控制为终轧860～900℃，卷取590～630℃，采用前段快速冷却。精轧卷取后，钢卷存放在钢卷库中，采用堆垛冷却至室温。然后进行平整取金相样和力学性能测试样，取样在钢卷尾部和中部进行，金相试样和拉伸试样均位于板宽方向1/4处。

2 检验结果

30CrMo钢的钢卷尾部和中部的微观组织见图1所示，从图中1可以看出，钢卷轧制尾部的组织主要为贝氏体+铁素体+少量珠光体组织，钢卷中部为粗大的铁素体+珠光体片层组织。

钢卷尾部和中部的力学性能检测结果见表2所示。

表2 钢卷不同部位力学性能

从表1中可以看出，钢卷尾部的屈服强度、抗拉强度和硬度值均较高，且屈强比也较高，屈强比达到0.791，延伸率为16.0%。与钢卷轧制尾部的性能相比，钢卷中部的屈服强度、抗拉强度和硬度值均较低，屈服强度降低约270MPa，抗拉强度降低180MPa，硬度降低约64HBW，但延伸率明显上升，延伸率升高约9个百分点。

3 分析与讨论

3.1 微观组织和力学性能

根据实测30CrMo钢的CCT曲线分析，如图2所示，在连续冷却条件下，如果带钢的冷却速度大于0.25℃/s，则带钢会直接进入贝氏体相变区，最终形成铁素体+贝氏体组织。如果带钢冷却速度小于0.25℃/s，则带钢会进入铁素体和珠光体相变区，形成铁素体+珠光体组织。

图1 微观组织

图2 实测30CrMo钢的CCT曲线

在实际生产中，带钢出精轧最后一个机架后直至冷却至室温，冷却主要分两个阶段，即在层流冷却段的快冷和在卷取后的慢速冷却。在层流冷却辊道上，带钢温度低于铁素体相变温度而进入铁素体相变区，但由于在层流冷却辊道上的停留时间较短，因此在此阶段只发生少量的铁素体相变。虽然此时带钢温度也会低于珠光体相变温度，但由于带钢在层流冷却段的冷却速度大于珠光体相变的临界冷却速率，因此，带钢在层流冷却段不会发生珠光体相变。在随后钢卷的冷却过程中，如果冷却速率大于0.25℃/s，则带钢中形成完全的铁素体+贝氏体组织，相反，则会形成铁素体+珠光体组织。在本次试制中，30CrMo钢在590～640℃卷取，经过测量和计算，在层流冷却辊道上，本次试制带钢的平均冷却速度大于15℃/s，平均停留时间约为10s，而在卷取后在高于500℃时测得钢卷外圈冷却速度大于0.3℃/s，钢卷中部的冷却速率小于0.02℃/s。因此钢卷轧制尾部主要形成铁素体+贝氏体组织，如果钢卷卷取温度较高，也会形成部分的珠光体组织。钢卷中部则进入珠光体相变区，发生完全珠光体相变，形成F+P的组织，且由于在珠光体相变过程中，释放相变潜热，使钢卷中部的温度进一步升高，因此钢卷中部形成粗大的铁素体+珠光体组织。

对于钢卷尾部，由于形成的组织为低温的贝氏体组织，因此其强度、硬度等值均较高，而延伸率较低。对于钢卷中部，由于其组织为高温形成的粗大铁素体+珠光体组织，因此钢材的屈服强度主要由组织中较软的一相，即铁素体强度决定。由于形成的铁素体组织不仅晶粒粗大，且铁素体由于高温作用，其位错强化、亚晶强化等作用较小，因此形成的铁素体组织强度较低，最终导致钢卷中部的屈服强度较低。珠光体钢的抗拉强度主要取决于珠光体片层间距S0，温度越高S0越大，且屈服强度和抗拉强度相差较大，也就导致其屈强比也降低。由于强度的降低，钢材在变形时金属的流动性得以改善，因此其延伸率明显上升。

3.2 组织和力学性能改善措施

30CrMo钢的常规组织为铁素体+珠光体组织，但在本次试制过程中，钢卷的尾部形成了贝氏体组织，中部为珠光体组织，造成了组织和力学性能的不均匀。主要原因在于钢卷尾部和钢卷中部冷却速度不均造成，因此，减少钢卷力学性能波动应首先减少钢卷全长方向的冷却速度差异，可采用在卷取后进行加盖保温罩的方式来提高卷取后的钢卷内外冷却均匀性，另外在钢卷库放置时，应尽量避免将钢卷放置门口等通风处。为避免尾部的强度和硬度过高，可采取适当提高卷取温度的方式，即增加卷取后钢材在铁素体相变区的停留时间，增加基体中铁素体，而减少组织中的硬相珠光体和贝氏体。在这种情况下，应考虑季节变化的影响，根据不同季节制定相应的生产工艺。

4 结论

本文对武钢CSP热轧30CrMo钢卷的组织和力学性能进行了检测和分析。针对试制过程中长度方向出现的组织和性能差异进行了详细分析，分析认为卷取后的钢卷不同部位的冷却不均及卷取温度偏低是造成组织和性能波动的主要原因，根据实际生产情况，可采取以下几个方面的措施来降低钢卷长度方向力学性能的不均匀性：

1)对钢卷采取保温措施，采取加盖保温罩，并避免通风放置，保证整个钢卷的冷却均匀性；

2)提高卷取温度，增加钢卷在铁素体相变区的停留时间以增加组织中的铁素体比例，由于冬夏气温变化较大，针对不同季节，可采取两种不同的工艺，在夏季采用较低的卷取温度，在冬季采取较高的卷取温度。

[1] 郑洋，李卫.薄板坯连铸连轧30CrMo 带钢的组织与力学性能[J],热加工工艺，2013,42(9)：143-146.

[2] 毛新平,谢利群,等.薄板坯连铸连轧30CrMo钢的连续冷却转变(CCT)曲线和应用[J].特殊钢,2012,33(3):44-46.