卷取温度对45带钢组织和性能影响的实验研究

2016-11-14夏志升张振申王中岐

河南冶金 2016年4期

关键词：珠光体层流铁素体

高　锐　夏志升　张振申　王中岐

( 安阳钢铁集团有限责任公司 )

卷取温度对45带钢组织和性能影响的实验研究

高锐夏志升张振申王中岐

( 安阳钢铁集团有限责任公司 )

研究了不同的卷取温度对45带钢组织和性能的影响，结果表明：随卷取温度的升高，试验钢的强度和硬度降低，塑性提高，且变化幅度较大；当卷取温度在珠光体转变开始温度以上时，产品组织为近似平衡转变的铁素体和珠光体组织，该钢具有较低的强度、硬度和优异的塑性特点，提高了产品的加工性能。

卷取温度45组织性能

ABSTRASTIn this paper, the microstructure and properties of 45 strips by different coiling temperature is studied. The results showed that, the strength and hardness of the experimental steel was reduced, and the toughness was improved, as coiling temperature was increased, and the variation was greatly. When coiling temperature above the pearlite transformation temperature, the product organization was ferrite and pearlite, as changed under the balance. The strength and hardness was low, the plasticity was high, and the processing properties were well.

0　前言

45钢由于其综合机械性能好，是生产中常用的材料之一，在齿轮、连接杆、蜗杆、叶轮、泵、活塞、曲轴等零件制造中广泛应用。对于薄规格45钢板，一般采用中厚板轧机上轧制生产，但薄规格产品的空冷速度大，导致热轧后产品的强度和硬度都高，后续加工难度很大，需要采用热处理工艺降低热轧产品的强度和硬度，造成生产成本较高。热连轧机组轧制生产的钢卷具有保温缓冷的特点，使钢卷的冷却速率降低，带钢达到近似回火热处理的作用，使产品的强度、硬度降低，产品的加工性能提高，热轧后的产品可直接加工，可省去加工前的热处理工序。另外，热连轧生产带钢时，可通过调节卷取温度控制产品的组织配比，使钢卷具有不同的性能，满足不同用途的需要。对薄规格45钢板，进行了热连轧生产线生产的实验研究。

1　实验方法

1.1实验方法

按照标准GB/T 711-2008的规定，45钢的化学成分要求见表1。实际产品的化学成分中C、Mn、Si处于中限，P含量控制在0.02%以下，S含量控制在0.01%以下。

表1　45钢化学成分要求　 / %

按照标准GB/T 711-2008的规定，45钢热处理状态下的的力学性能要求见表2。对于热轧状态，产品性能不作要求。

表2　45钢的力学性能要求

注：热处理指正火、退火或高温回火。

轧制生产工艺流程：加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取-包装-入库。坯料加热温度均热段温度为1220 ℃～1240 ℃，加热时间140 min；粗轧采用3+3的轧制模式，粗轧后的中间坯厚度为48 mm；精轧终轧温度为870 ℃，产品目标厚度为7.7 mm；为减小卷板头尾与中间位置性能差，采用了分散冷却模式，采用了三种不同的卷取温度进行了试验，对比分析不同工艺下的组织和性能。

1.2冷却工艺的确定

45钢的典型CCT曲线[1]如图1所示。

图1　45钢的CCT曲线

从图1可以看出，精轧结束后，钢中的组织为奥氏体组织，由于卷取前带钢的冷速率非常大，卷取后冷却速率很小，所以卷取温度就决定了带钢最终的组织形态。为保证热轧产品后利于加工，冷却后不能得到贝氏体或马氏体组织等硬相组织，最终产品的理想组织应该为一定比例的铁素体加珠光体组织。由CCT曲线可见，45钢进行珠光体转变主要有四种情况，卷取温度在Ac1b以下时，带钢在层流冷却过程已经进行了奥氏体到珠光体的转变，且已经转变完成；卷取温度在Ac1a～Ac1b时, 带钢在层流冷却过程奥氏体到珠光体的转变已经开始，转变未完成；卷取温度在Ac3～Ac1a时，带钢在层流冷却过程过冷奥氏体要析出铁素体组织，还未进行珠光体转变；当卷取温度在Ac3以上时，带钢在层流冷却过程中没有相变，卷取后再发生相变。因为高温对卷取机的危害较大，为保护设备，将进行前三种卷取温度进行试验，结合45钢CCT曲线，试验钢的卷取温度分别定为640 ℃、670 ℃、690 ℃。

1.3试验钢的微观组织及性能检验

试验轧制板材现场取样。制备金相样品，用4%硝酸酒精溶液腐蚀后观察材料组织，采用ZEISSObserver.A1m光学显微镜进行微观组织拍照。对试制钢板，取横向试样，进行横向拉伸试验，拉伸试验执行标准GB/T 228.1；按照GB/T 231.1进行布氏硬度试验。

2　实验结果及分析

2.1力学性能

试验钢热轧态的力学性能见表3。

表3　不同工艺下的力学性能

由表3可知，卷取温度为640 ℃时，屈服强度为551 MPa，抗拉强度为813 MPa，布氏硬度为228 HB，延伸率为16.5%；当卷取温度提高到690 ℃时，屈服强度降低到357 MPa，抗拉强度降低到615 MPa，布氏硬度降低到178 HB，延伸率提高到24.5%，说明随着卷取温度的升高，试验钢的强度指标和布氏硬度降低，延伸率升高，且变化幅度非常大，说明卷取温度对45钢的性能影响非常大。

45带钢热轧态的力学性能与标准GB/T 711-2008中规定的45钢的性能对比结果表明，1#试验钢的性能不符合标准要求，2#和3#试验钢的性能满足标准要求；2#和3#试验钢的性能相比，3#的强度和硬度更低，更接近标准的下限规定，且延伸率达到24.5%，大大超过标准规定的17%，使3#的加工性能更优异。

2.2金相组织

不同工艺下试验钢的金相组织分别如图2、图3和图4所示。

从图2可以看出，1#试验钢板厚度方向不同位置的组织中均为先共析铁素体和索氏体组织，铁素体比例在10%左右，铁素体沿晶界呈网状或半网状析出，边部有轻微脱碳现象。

从图3可以看出，2#试验钢与1#试验钢相近，但先共析铁素体的比例较高达到20%～30%。

(a) 边部

(b) 板厚1/4 处

图21#试验钢的的金相组织

(a) 边部

(b) 板厚1/4 处心

图32#试验钢的的金相组织

(a) 边部

(b) 板厚1/4 处

图43#试验钢的的金相组织

从图4可以看出，3#试验钢的组织为铁素体加珠光体组织，珠光体组织片层结构比较明显，组织中不仅有先共析铁素体，还有部分共析转变过程形成的铁素体，铁素体总比例达到40%左右。

对比1#、2#、3#试验钢的组织发现，随着卷取温度的升高，铁素体比例逐渐提高，且当卷取提高690 ℃时，组织由索氏体组织变为珠光体组织。

2.3实验结果分析

珠光体和索氏体都是属于珠光体类型的组织，都是铁素体和渗碳体组成的片层相间的机械混合物，其主要差别是片层间距粗细不同。珠光体是较高温度下形成的，珠光体比较粗，其片间距为0.6 μm～1.0 μm；索氏体形成温度稍低，其片见距较细，约为0.25 μm～0.30 μm。珠光体类型钢的机械性能主要受珠光体的片间距决定，强度和硬度随片间距的缩小而增大[1]。

铁素体是碳溶解于α铁中的间隙固溶体，为体心立方晶格，碳在铁素体的溶解能力很小，室温下，碳在铁素体的溶解的溶解度在0.008%以下，铁素体是钢中的软相组织，其强度和硬度低，韧性好。

1#试验钢的卷取温度为640 ℃，处于Ac1b以下，带钢在层流冷却过程已经进行了奥氏体到珠光体转变，且转变已经完成；2#试验钢的卷取温度为670 ℃，卷取温度处于Ac1a～Ac1b之间，带钢在层流冷却过程奥氏体到珠光体的转变已经开始，转变未完成；3#试验钢的卷取温度在Ac3～Ac1a之间，带钢在层流冷却过程过冷奥氏体先析出铁素体，还未进行珠光体转变。由于1#和2#试验钢最终的组织均为铁素和索氏体组织，但2#试验钢的转变温度高，铁素体的比例高，且索氏体的片间距要粗于1#试验钢，因此最终的性能表现为2#试验钢的强度和硬度性能指标低于1#试验钢，但塑性要好于1#试验钢。3#试验钢的卷取温度为690 ℃，过冷奥氏体先析出铁素体，还未进行珠光体转变，卷取后带钢的冷速很低，当冷却到Ac1a时，剩余的过冷奥氏体将发生近似平衡转变，得到片层较大的珠光体组织，且铁素体比例达到40%左右，铁素体比例大大超过1#和2#试验钢，因此其强度和硬度要低于1#和2#试验钢，塑性高于1#和2#试验钢。