大规格42CrMo轧材轧制工艺参数研究

苏继伟 许燕燕

(石钢京诚装备技术有限公司，辽宁115000)

我公司轧钢生产线主要设备为1350开坯机，在生产直径≥250 mm的大规格轧材时，存在一定比例UT检测不合格问题，超标缺陷集中在轧材心部区域，表现为密集连续型缺陷，长度最短45 mm，最长700 mm，绝大多数长度在250～350 mm范围内。本文以研究提高直径≥250 mm轧钢超声检测合格率为出发点，优化轧钢工艺。

1 实验材料

42CrMo属于合金结构钢，是生产高强度紧固件的常用钢种。42CrMo化学成分要求见表1。

实际生产中要尽可能降低P、S含量，降低钢中气体含量，一般要求O含量≤20×10-6，H含量≤2×10-6。

2 轧钢工艺参数优化

对轧钢工艺中涉及到影响产品质量的工艺参数进行分析和讨论，选出影响轧材内部质量比较大的工艺参数(加热温度、轧制速度和压下率分布规律)进行分析。

2.1 模型建立

采用数值模拟软件对轧制过程进行仿真模拟，材质42CrMo，温度参数范围800～1250℃，可满足轧钢开坯过程中温度的变化；稳态轧制摩擦系数为0.25，建立模型示意图如图1。

图1 模型示意图Figure 1 Model diagram

2.2 轧钢加热温度

原始坯料尺寸为498 mm×466 mm×1000 mm，轧制速度为1.6 m/s，压下量80 mm，加热温度从1010～1050℃，10℃一个档，模拟软件默认在设定的加热温度下，坯料内部到表面，温度一致并达到设定温度。

在其他条件相同的情况下，对比不同加热温度下的坯料心部等效应变情况，从表2和图2可看出，随着加热温度的升高，心部等效应变在逐步上升，说明对于心部变形，温度越高，材料变形抗力越小，心部缺陷更易焊合。加热温度升高，金属发生回复和再结晶，原子动能增加，晶间滑移作用增强，扩散蠕变机理起作用，导致塑性增加，金属更易变形[1]。在保证不引起坯料过烧的情况下，适当提高加热温度，有利于心部原始缺陷焊合。

图2 不同加热温度下等效应变曲线Figure 2 The equivalent strain curves at different temperatures

表2 不同温度下的心部等效应变情况Table 2 The core equivalent strain at different temperatures

2.3 轧制速度参数

原始坯料尺寸为498 mm×466 mm×1000 mm，加热温度为1050℃，压下量80 mm，轧制速度分别设定为1.7 m/s、1.8 m/s、2.0 m/s、2.2 m/s、2.5 m/s、3.0 m/s和4.0 m/s。

在其他条件相同的情况下，对比不同轧制速度下的坯料心部等效应变情况，从表3和图3可以看出，轧制速度在1.5～2.0 m/s范围内，心部等效应变呈波动形式，变化不大；随着轧制速度的提高，心部等效应变呈上升趋势，整体应变变化幅度为5%左右，变化幅度有限，并且随着轧制速度的提高，达到2.5 m/s时，咬入存在困难。

表3 不同轧制速度下的心部等效应变情况Table 3 The core equivalent strain at different rolling speeds

图3 不同轧制速度下的等效应变曲线Figure 3 The equivalent strain curves at different rolling speeds

2.4 压下率参数

原始坯料截面尺寸不同，加热温度为1050℃，压下量70 mm，压下率(压下量/原始截面尺寸)范围：15.3%～22.1%，轧制速度1.5 m/s。具体设计参数见表4。

表4 压下率参数Table 4 Reduction parameters

从图4等效应变曲线情况来看，随着压下率的加大，心部等效应变值在逐渐加大，在20%左右时达到峰值，并呈波动上升。

图4 不同压下率条件下的心部等效应变曲线Figure 4 The core equivalent strain curve under different reduction rate

3 理化检验结果

参考上述模拟结果及总结，调整目前轧制工艺参数，进一步进行优化，再次生产直径≥250 mm的42CrMo轧材，超声检测合格率为100%，无缩孔疏松等缺陷存在。

4 结论

(1)随加热温度的升高，应变加大，在不出现过热和过烧情况下，应适当提高加热温度。

(2)随着轧制速度的提高，心部等效应变呈上升趋势，整体应变变化幅度为5%左右，变化幅度有限，并且随着轧制速度的提高，达到2.5 m/s时，咬入存在困难。

(3)随着压下率的加大，心部等效应变值在逐渐加大，在20%左右时达到峰值，并呈波动上升。