何立新 ，陳連生 ，陳業(yè)雄

（1.唐山國(guó)豐鋼鐵有限公司，河北唐山063300；2.河北聯(lián)合大學(xué)河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009）

1 引言

65 M n是制作鋸片的主要材質(zhì)之一，為降低成本，下游冷軋用戶(hù)除要求有較好的板形和淬透性外，還需要冷軋有較低的軋制力和最少的退火次數(shù)。為此，在滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求的熱軋力學(xué)性能的同時(shí)，抗拉強(qiáng)度應(yīng)盡可能向下限控制。國(guó)豐公司生產(chǎn)65 M n熱軋寬鋼帶初期，客戶(hù)反映抗拉強(qiáng)度偏高，硬度波動(dòng)較大，調(diào)質(zhì)處理后平整度差。經(jīng)核實(shí)，硬度波動(dòng)大主要集中在頭尾部位，帶鋼本體部位能夠滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，與質(zhì)保書(shū)中提供的抗拉強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系不大。65 M n屬于高碳鋼，頭尾與本體軋制期間冷卻速度的細(xì)微差別對(duì)其組織、性能有很大影響，科學(xué)評(píng)定65 M n力學(xué)性能波動(dòng)顯得尤為重要。

2 工藝路線及標(biāo)準(zhǔn)要求

65 M n熱軋寬鋼帶主要在國(guó)豐公司1450m m 2#生產(chǎn)線生產(chǎn)，坯料厚度為180m m，生產(chǎn)工藝為轉(zhuǎn)爐冶煉→L F精煉→立彎型連鑄機(jī)→蓄熱式加熱爐→粗軋可逆5道→熱卷箱→7架精軋連軋→層流冷卻→卷取。65 M n化學(xué)成分及力學(xué)性能均按照國(guó)標(biāo)G B/T699—1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》要求判定，具體見(jiàn)表1，軋制工藝見(jiàn)表2。

3 取樣方案及力學(xué)性能檢測(cè)分析

為了解產(chǎn)品的全面性能指標(biāo)，除在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)3 m左右取樣外，還分別在不同鋼卷的5、10、15、20 m處取樣檢測(cè)。從表3可以看出，7641不同位置抗拉強(qiáng)度極差為61M P a，H R C硬度極差為4.5；7638不同位置抗拉強(qiáng)度極差為80M P a，H R C硬度極差為4.7。用戶(hù)提出的最佳抗拉強(qiáng)度范圍在735～850 M P a，較大的波動(dòng)對(duì)用戶(hù)下游冷軋或調(diào)質(zhì)、壓平等工藝造成影響是必然的，10m或15m以后已趨近目標(biāo)值。

以7641為例，將相同厚度規(guī)格不同取樣位的試樣檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如圖1、圖2所示。

表1 65 Mn化學(xué)成分及力學(xué)性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

表2 65 Mn軋制工藝要求

表3 不同位置試樣的力學(xué)性能

圖1 7641不同位置試樣硬度

圖2 7641不同位置試樣抗拉強(qiáng)度

由圖1、2中硬度及抗拉強(qiáng)度曲線中可以看出，生產(chǎn)工藝相同的情況下，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)鋼卷尾部取下的試樣硬度、強(qiáng)度都較高。這主要是由于在軋制過(guò)程中頭尾散熱速度較快，溫度略低，加上鋼帶卷取完成后立即進(jìn)行吊裝取樣，開(kāi)卷過(guò)程進(jìn)一步增大了冷卻速度。由于此時(shí)試樣溫度仍然較高，正處在發(fā)生相變的溫度區(qū)間內(nèi)，遇到較大的冷速，會(huì)使先共析鐵素體的量減少，珠光體晶粒變細(xì)，同時(shí)珠光體片層也會(huì)隨之變細(xì)。故取樣溫度高、試樣冷速大是導(dǎo)致硬度、強(qiáng)度檢測(cè)值偏高的主要原因。隨著開(kāi)卷長(zhǎng)度的增加，試樣的硬度和抗拉強(qiáng)度都呈下降的趨勢(shì)，這與鋼卷頭尾冷速高于本體冷速的規(guī)律是一致的，故當(dāng)帶鋼開(kāi)卷到一定長(zhǎng)度后，硬度強(qiáng)度應(yīng)趨于一個(gè)穩(wěn)定范圍。

4 金相組織觀察與分析

材料的性能總是和它的顯微組織密切相關(guān)，為了分析65 M n鋸片用鋼工藝、組織、性能間的關(guān)系，利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等手段，對(duì)典型工藝下得到的試樣進(jìn)行了顯微組織觀察和分析。

4.1 光學(xué)顯微組織觀察分析

采用線切割機(jī)在每個(gè)試件上取下表面和斷面兩個(gè)10×10m m的金相試樣，經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨、拋光后，用3%的硝酸酒精溶液腐蝕，清晰地顯現(xiàn)出試樣的顯微組織，在NeophotⅢ型光學(xué)顯微鏡下觀察分析。不同規(guī)格編號(hào)試樣金相檢測(cè)結(jié)果如表4所示。其中包括組織組成、晶粒尺寸、脫碳層厚度等。

表4 各試樣金相檢測(cè)結(jié)果

從表4中可以看出，隨著取樣位置的深入，平均晶粒度與平均晶粒尺寸均有所增加。

4.2 SEM組織觀察與分析

將處理好的試樣在掃描電鏡下觀察高倍組織，并進(jìn)行珠光體片層間距分析，不同工藝下試樣高倍組織如圖3～圖10所示。

圖3 7638-3電鏡組織

圖4 7638-5電鏡組織

圖5 7638-10電鏡組織

圖6 7641-3電鏡組織

圖7 7641-5電鏡組織

圖8 7641-10電鏡組織

圖9 7641-15電鏡組織

圖1 07641-20電鏡組織

以上7638、7641等8組掃描電鏡高倍顯微組織中，可以清晰的觀察到珠光體晶粒和晶界處的先共析鐵素體以及珠光體片層結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)測(cè)量分析這十二組試樣珠光體片層間距約在350～650n m，具體見(jiàn)表5。

隨著7638和7641鋼卷開(kāi)卷長(zhǎng)度的增加，可以看出珠光體領(lǐng)域的珠光體片層間距明顯增大。影響珠光體最重要的因素是珠光體片層間距[2]，片狀珠光體的片層間距與形成溫度和過(guò)冷度有關(guān)系。形成溫度降低，碳原子擴(kuò)散速度減慢，碳原子難以作大距離的遷移，形成的珠光體的片層間距較小；過(guò)冷度越大，奧氏體和珠光體的自由能差別越大，能夠提供的能量越多，能夠增加的界面面積也越大，片層間距就越小珠光體片層間距的增大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用會(huì)減小，有利于珠光體強(qiáng)度的降低[3]。

表5 各試樣掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

65 M n鋼帶尾部3m左右在線取樣的力學(xué)性能不能代表鋼帶本體性能，5m以后波動(dòng)較小。試樣珠光體片層間距為350～650μm，隨著開(kāi)卷取樣的深入，珠光體片層間距明顯增大。

軋制及冷卻過(guò)程中頭尾與本體冷卻速度的差異是造成65 M n產(chǎn)品硬度、抗拉強(qiáng)度波動(dòng)較大的原因，隨著開(kāi)卷長(zhǎng)度的增加，試樣的硬度和抗拉強(qiáng)度都呈下降的趨勢(shì)，直到某一穩(wěn)定范圍。

[1]朱祖昌,許雯.鋼中珠光體轉(zhuǎn)變 (一)[J].熱處理技術(shù)與裝備，2011，32（3）：65-70.

[2]王有銘，李曼云.鋼材的控制軋制與控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995：70.

[3]黃剛，焦國(guó)華，溫德智，等.薄板坯連鑄連軋65 M n鋼的熱軋組織與力學(xué)性能[J].材料工程，2010（8）：72-77.