吐丝温度对30CrMnTi钢组织及性能的影响

2021-11-09彭学艺任学堂肖丙政

热处理技术与装备 2021年5期

彭学艺，任学堂，肖丙政

(南京钢铁股份有限公司，江苏南京 210035)

30CrMnTi作为一种中碳合金结构钢，具有较高强度、韧性及淬透性，主要用于制造高负荷、高耐磨的销轴类重要零部件[1-4]。目前下游用户的主要工艺流程为：热轧盘条→拉拔→下料→加工→热处理→检验→入库。从工艺流程来看，拉拔性能对后道深加工具有很大的影响，但该钢种含有较高的C、Cr、Si、Mn等合金元素，盘条在轧后冷却过程极易形成强度、硬度高、塑性低的马氏体和贝氏体组织，从而影响到客户的拉拔加工工序[5]。因此，研究轧后的控冷工艺对30CrMnTi组织转变的影响对轧钢工艺的制定具有重要的影响。

1 试验方案

鉴于斯太尔摩风冷线长度布局，为确保盘条进入罩盖后能有充分的时间进行组织转变，风冷辊道辊速设定为25 r/s。若风冷辊道辊速设定太慢，搭接点堆积太厚，不利于搭接点过程温降及组织转变。因此，对30CrMnTi钢控冷工艺试验方案设定如表1所示。

表1 30CrMnTi钢控冷工艺试验方案Table 1 Test scheme of controlled cooling process for 30CrMnTi steel

2 试验结果及分析

2.1 显微组织

图1为不同试验工艺条件下30CrMnTi钢盘条的显微组织。试验方案1#～4#条件下30CrMnTi钢盘条显微组织分别为：铁素体+贝氏体+马氏体+少量珠光体、铁素体+珠光体+马氏体+微量贝氏体、铁素体+珠光体+少量马氏体和铁素体+珠光体。结合工艺条件及组织形貌可知：随吐丝温度的降低，盘条内部的贝氏体、马氏体含量逐渐减少，直至完全消失。

(a)方案1#；(b)方案2#；(c)方案3#；(d)方案4#图1 不同试验工艺条件下30CrMnTi钢盘条的显微组织(a)scheme 1#；(b)scheme 2#；(c)scheme 3#；(d)scheme 4#Fig.1 Microstructure of 30CrMnTi steel wire rod under different test process conditions

2.2 力学性能

图2为不同试验工艺条件下30CrMnTi钢盘条的力学性能。由图2可知，随着吐丝温度的降低，盘条的抗拉强度由950 MPa降至645 MPa，面缩率由31%提升至74%。这是因为随吐丝温度的降低，盘条内部组织转变更充分，强度高、硬度大的贝氏体及马氏体在不断的减少，而硬度低、变形能力强的铁素体在不断增加。

图2 不同试验工艺条件下30CrMnTi钢盘条的力学性能Fig.2 Mechanical properties of 30CrMnTi steel wire rod under different test process conditions

3 分析与讨论

图3为30CrMnTi钢的CCT曲线。由图3可知，当冷却速度<1.25 K/s时，盘条内部组织可完全转变为铁素体+珠光体；当冷却速度为1.25～3 K/s时，未完全转变的奥氏体组织将向贝氏体发生转变，此时盘条内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体；当冷却速度>3 K/s时，则开始出现马氏体转变，此时盘条内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体；当冷却速度>4 K/s时，盘条内部则不会出现珠光体转变，此时组织为铁素体+贝氏体+马氏体；当冷却速度>18 K/s时，则盘条仅进行马氏体转变[6]。

图3 30CrMnTi钢CCT曲线分析[6]Fig.3 CCT curve analysis of 30CrMnTi steel[6]

对于热轧30CrMnTi钢，其后道拉拔需要进行较大的变形量，其最理想的组织为铁素体+珠光体，应尽量避免产生强度高、硬度高、塑性低的马氏体和贝氏体组织。所以在制定轧制工艺时，应尽量使奥氏体在斯太尔摩风冷线上完全快速转变为铁素体+珠光体。根据现场实际温度测量，当辊速一定时，吐丝温度控制在910±10、860±10、820±10和780±10 ℃，盘条在罩时间约250 s，出罩搭接点温度控制在730±10、705±10、675±10和640±10 ℃。结合30CrMnTi钢的CCT曲线分析，当吐丝温度控制在910±10 ℃时，出罩温度为730±10 ℃，此时仅部分奥氏体向铁素体发生转变，在集卷过程中，由于冷速大，未转变的奥氏体向贝氏体、马氏体转变。当吐丝温度进一步降低，较低的吐丝温度缩短了盘条组织转变的孕育期，增加了奥氏体晶界处形核能，促使晶粒更多的向铁素体进行转变[7]，同时，间接的延长了盘条在罩发生相变时间，使得奥氏体向铁素体+珠光体转变量不断增加[8-9]。但心部由于受偏析影响，合金含量高，奥氏体稳定好，使得心部残余奥氏体仅在较低温度下向马氏体转变，故此在较低的吐丝温度下，盘条仅存在马氏体，而几乎很少存在贝氏体，而马氏体转变区也随吐丝温度的降低逐渐减少，直至完全消失。