终轧温度和卷取温度对51CrV4热轧板组织性能的影响研究

2021-07-09何翠萍王承剑

安徽冶金科技职业学院学报 2021年2期

何翠萍，彭欢，王承剑

(马钢股份公司技术中心安徽马鞍山 243000)

51CrV4作为高等级弹簧钢，因热处理后具有较好的淬透性、抗弹性减退性以及疲劳性能，被广泛应用于汽车碟形弹簧、弹簧卡箍等制造。

51CrV4用于碟形弹簧等制造，往往需要热轧→酸洗→冷轧→球化退火→淬火→回火热处理等工序，其热轧态组织主要为珠光体，不同的控轧控冷工艺会直接影响到珠光体微观结构，进而影响到后续冷轧轧制难易程度、球化退火生产效率以及最终热处理态的组织性能均匀性等。目前关于51CrV4的研究主要集中在相变规律、脱碳层控制、热处理工艺等方面，关于控轧控冷工艺参数对其热轧板组织、性能的影响相对较少。因此，本文以51CrV4弹簧钢为研究对象，分析终轧温度、卷取温度对其热轧板的显微组织和力学性能的影响规律，为制定其合理的热轧工艺参数提供参考，为后续获得良好球化效果奠定基础。

1 试验材料及方法

试验材料为中试实验室冶炼、锻造的51CrV4矩形坯，尺寸为40 mm(厚)×200 mm(宽)×220 mm(长)，化学成分如表1所示。

表1 试验钢化学成分(wt., %)

试验材料轧制在Ø500两辊可逆轧机上进行，采用两阶段控制轧制工艺，控轧控冷工艺如下：将矩形坯放入箱式电阻炉加热至1100 ℃，保温90 min；为研究终轧温度和卷取温度对试验钢组织、力学性能的影响规律，采用相同轧制道次、相同道次压下率，6种不同的轧制工艺进行轧制，成品厚度均为4 mm，控轧控冷工艺参数见表2所示。

表2 试验钢控轧控冷工艺参数

将不同轧制工艺空冷至室温的钢板，在板宽方向中间位置切取12 mm×10 mm×4 mm的金相试样，试样切割后经过超声波清洗、镶嵌、研磨、抛光、4% 硝酸+96%酒精腐蚀后，在金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)下观察显微组织。根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸室温试验方法》要求，沿钢板纵向制备标准拉伸试样，在Z150电子拉伸试验机进行力学性能检验。

2 试验结果与讨论

2.1 终轧温度对试验钢显微组织、力学性能的影响结果与分析

2.1.1 终轧温度对试验钢显微组织的影响结果与分析

相同开轧温度、卷取温度情况下，不同终轧温度对应的试验钢组织如图1所示。工艺1、2、3对应的组织均为珠光体和少量铁素体，随着终轧温度升高，工艺1、2、3对应的珠光体片间距分别为0.15 μm、0.18 μm、0.25 μm，珠光体片间距增加66.67%。分析其原因，主要由于终轧温度升高，轧制变形后奥氏体晶粒尺寸相对粗大，经过相同冷却、卷取工艺后，由奥氏体转变的珠光体晶粒尺寸和珠光体片间距也相对粗大。

图1 不同终轧温度下对应的试验钢扫描图片

2.1.2 终轧温度对试验钢力学性能的影响结果与分析

相同开轧温度、卷取温度情况下，不同终轧温度对应的试验钢的力学性能如表3所示。随着终轧温度的升高，试验钢的屈服强度、抗拉强度、洛氏硬度分别降低10.68%、6.79%、5.93%，延伸率升高14.74%，其主要由于终轧温度升高，试验钢的珠光体晶粒尺寸、片间距依次增加，进而试验钢的强度、硬度下降，延伸率升高。

表3 不同终轧温度下对应的试验钢的力学性能

2.2 卷取温度对试验钢显微组织、力学性能的影响结果与分析

2.2.1 卷取温度对试验钢显微组织的影响结果与分析

相同开轧温度、终轧温度情况下，不同卷取温度对应的试验钢组织如图2所示。卷取温度为600℃-700 ℃对应的组织均为珠光体和少量铁素体，随着卷取温度的升高，工艺4、2、5对应的珠光体片间距分别为0.12 μm、0.18 μm、0.33 μm，珠光体片间距增加175%。相关研究表明，珠光体片间距和珠光体相变过冷度成反比，珠光体相变温度越高，过冷度越小，珠光体片层间距增加。因此，相同开轧温度、终轧温度情况下，卷取温度升高，珠光体相变过冷度减小，珠光体片间距增加。