65#高碳硬线钢加热行为探究

陈欢 张亚君 张全庆 杨红来

摘 要：铸坯加热温度及时间是轧制工艺中主要参数之一，通过探究65#高碳硬線钢的加热行为，从而为65#高碳硬线钢铸坯加热工艺制定提供理论依据和技术指导。实验结果表明：随着加热温度的升高、保温时间的加长，其脱碳层深度逐渐增加;其晶粒尺寸与加热温度之间满足抛物线函数关系，在实验温度范围内加热时，晶粒尺寸随保温时间基本保持线性增大关系，在1000～1150℃加热温度，保温时间在30～90min以内，没有发现晶粒异常长大现象。根据实验结果，并结合生产设备实际及控轧控冷工艺要求，制定出65#钢加热温度工艺，较好的满足了65#高碳硬线钢轧制生产要求。

关键词：65#钢;加热行为;脱碳层;晶粒尺寸

引 言

65#钢作为中高碳弹簧钢，经适当热处理或冷作硬化后具有较高强度、硬度及弹性，主要用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器等[2]。高碳钢盘条的主要生产工艺流程包括铸坯加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、冷却、成品，轧制工艺主要包括把钢坯加热到合适的温度，在轧制过程中控制变形温度、变形速率以及变形量，对奥氏体晶粒尺寸大小和再结晶过程进行有效控制，为热轧后相变、进而为获得理想的组织结构创造良好的条件。

铸坯加热温度及时间是轧制工艺中主要参数之一，加热温度控制是否合理会直接影响到铸坯的内部质量和初始奥氏体晶粒尺寸，从而影响轧制过程高碳硬线钢中奥氏体再结晶过程、变形后奥氏体晶粒状态及最终的力学性能。因此，通过探究65#高碳硬线钢的加热行为，从而为65#高碳硬线钢铸坯加热工艺制定提供理论依据和技术指导。

1  实验方案

实验钢种为65#钢，其化学成分见表1所示，原始金相组织形貌见图1所示。

实验在CQ-G83型高温程控马弗炉中进行，在160mm×160mm×20mm（铸坯连铸方向）的65#钢连铸坯高度方向上取20mm×30mm（铸坯高度方向）×20mm（铸坯连铸方向）的试样，保留铸坯表面。

实验方案：取四组试样分别以加热温度：1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，保温时间为30min，轧制后，取样做对比分析。

马弗炉到温后试样入炉，按实验方案设计的加热时间保温后取出，在空气中冷却。冷却至室温后制成金相试样后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，用OLYMPUS BX51M光学显微镜观察其显微组织照片，使用直线截点法确定不同条件下的奥氏体晶粒尺寸;在光学显微镜下进行定量统计分析奥氏体晶粒平均尺寸随加热温度及保温时间的变化规律。

2  实验结果及分析

2.1  加热温度对脱碳层深度的影响

65#钢实验样在不同的加热温度下保温30min后冷却到室温得到的显微组织，见图2所示。由图可知，随着加热温度的升高，试样边部的显微组织脱碳层深度逐渐增加。当加热温度为1000℃时，试样边部组织尚未形成脱碳;当加热温度升高至1050℃时，试样边部的局部区域形成脱碳;当加热温度升高至1100℃时，试样边部形成了较明显的脱碳层;当加热温度增加到1150℃时，试样边部形成深度约50μm的脱碳层。

2.2  加热温度对奥氏体晶粒的影响

65#钢实验样分别在1000℃、1050℃、1100℃和1150℃不同的加热温度条件下，保温30min后冷却到室温得到原奥氏体晶粒典型形貌，见图3所示。

根据图3中的原奥氏体晶粒形貌金相检测结果，定量统计65#钢实验样在不同加热温度及保温30min后的晶粒大小，统计结果见表2所示。

2.4  65#钢加热温度制定

65#钢由于碳含量高、接近共析成分，其室温组织为珠光体+少量先共析铁素体，一般采用降低开轧温度的办法来保证对轧制过程温度的有效控制，综合考虑加热过程脱碳层的减少、晶粒尺寸的控制、改善钢的冷变形性能、控制抗拉强度、显微组织及氧化铁皮控制，因此加热温度不能过高;但要确保轧机最大轧制压力在设备允许范围内，同时通过采用大压下量在粗轧及连轧的前几道次大变形来细化原始奥氏体组织，因此加热温度不能过低。

线材生产控轧控冷的特点是：控轧控冷工艺包括把钢坯加热到最合适的温度，在轧制时控制变形量及变形温度，以控制奥氏体晶粒尺寸大小和再结晶过程，为轧后通过控制冷却进行相变、得到理想的组织结构提供良好的条件，控轧控冷关键是对加热温度、终轧温度的控制[11]。因此根据上述分析，并结合控轧控冷工艺生产的钢材显微组织与普通轧制工艺的比较，制定出65#钢加热温度工艺，见表3所示。

3  结论

（1）对于65#钢，随着加热温度的升高、保温时间的加长，其脱碳层深度逐渐增加。在保温30min的条件下，当加热温度为1000℃时，试样边部组织未形成脱碳;当加热温度增加到1150℃时，试样边部形成约50μm的脱碳层。

（2）根据实验结果，并结合生产设备实际及控轧控冷工艺要求，制定出65#钢加热温度工艺，较好的满足了65#高碳硬线钢轧制生产要求。

参考文献

[1] 程知松.棒线材生产创新工艺及设备[M].北京：冶金工业出版社，2016.

[2] 董志洪，刘剑辉.合金钢棒线材生产技术[M].北京：冶金工业出版社，2019.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检：GB/T 226-2015 [S].

[4] 中华人民共和国国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会. 钢的脱碳层深度测定法：GB/T 224-2019[S].

[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 金属平均晶粒度测定方法：GB/T 6394-2017 [S].