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        不同軋制冷卻工藝對F38MnS6鋼性能的影響

        2018-12-06 01:37:02李占陽
        現(xiàn)代冶金 2018年5期
        關(guān)鍵詞:冷床棒材表面溫度

        李占陽, 崔 冕

        (江蘇蘇鋼集團蘇州蘇信特鋼有限公司,江蘇 蘇州 215151)

        引 言

        非調(diào)質(zhì)鋼上世紀70年代起源于德國,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)等關(guān)鍵部件,其代表鋼種為49MnVS3,目前已經(jīng)逐步被38系列鋼種取代。

        曲軸是汽車發(fā)動機中最重要的部件之一,為汽車動力輸出的主要載體,曲軸工作中承受彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷的作用,因此要求曲軸有足夠的強度和韌性。目前,蘇信特鋼有限公司(以下簡稱“蘇鋼”)采用常規(guī)軋制工藝生產(chǎn)的F38MnS6鋼力學(xué)性能往往都偏低,屈服強度多在450~455 MPa,抗拉強度多在750~760 MPa之間;此產(chǎn)品為鍛造非調(diào)質(zhì)鋼,客戶后續(xù)經(jīng)鍛造、控冷后力學(xué)性能會提升,可達到成品要求。為了保證原材料的實物質(zhì)量水平,蘇鋼優(yōu)化了棒材軋制緩冷前的冷卻速率,以提升其力學(xué)性能,更好地滿足客戶要求。

        1 主要生產(chǎn)工藝

        1)蘇鋼生產(chǎn)F38MnS6鋼材的工藝流程如下:

        高爐鐵水→100 t電弧爐EAF→精煉爐LF→真空脫氣VD→CCM連鑄(電磁攪拌)→連鑄坯緩冷→步進式加熱爐→軋制Ф100 mm鋼材(往復(fù)式軋機)→緩冷→精整。

        2)F38MnS6鋼材軋制工藝制度如下:

        采用240 mm×240 mm方坯軋制成材。加熱爐預(yù)熱段溫度≤900 ℃,加熱溫度1180~1200 ℃,保溫時間在3~5 h。開軋前坯料經(jīng)表面除鱗,開軋溫度≥1050 ℃,經(jīng)過初軋、中軋、精軋三機架軋機軋制為Ф100 mm鋼材。

        2 主要技術(shù)要求

        1)F38MnS6鋼的協(xié)議熔煉化學(xué)成分要求如表1所示。

        表1 F38MnS6鋼的協(xié)議熔煉化學(xué)成分/%

        2)鋼材成品性能要求如表2所示。

        表2 F38MnS6鋼的力學(xué)性能要求(熱軋態(tài))

        3)熱軋態(tài)鋼材成品顯微組織應(yīng)為珠光體+鐵素體,不允許有馬氏體和貝氏體存在。

        3 試驗方法及結(jié)果分析

        3.1 熔煉化學(xué)成分

        冶煉化學(xué)成分按協(xié)議要求的中、上限控制,本次試驗冶煉化學(xué)成分不做改進,實際化學(xué)成分如表3所示。

        表3 F38MnS6鋼的熔煉化學(xué)成分/%

        3.2 緩冷試驗方案

        此次試驗重點改變軋制后的冷卻工藝,試驗方案如下:

        試驗方案1:精軋控溫,軋制溫度≤850 ℃,常規(guī)緩冷。

        試驗方案2:精軋控溫,軋制溫度≤850 ℃,軋后在冷床上采用吹風(fēng)+水霧冷卻。

        常規(guī)軋制工藝:精軋不控溫,實際進入精軋溫度在930 ℃,進入冷床溫度在760 ℃左右,軋后正??绽?。

        3.3 試驗實施情況

        試驗方案1:爐號096鋼坯軋制棒材,待其表面溫度降到850 ℃后進行精軋,鋸切后鋼材表面溫度710 ℃左右。

        試驗方案2:爐號097鋼坯軋制棒材,待其表面溫度降到850 ℃后進行精軋,鋸切后采用三臺風(fēng)機吹風(fēng)+水霧冷卻,冷卻90 s后,下冷床后緩慢冷卻(入冷床鋼材表面溫度約640 ℃左右)。實際生產(chǎn)冷卻現(xiàn)場情況如圖1所示。

        3.4 顯微組織與力學(xué)性能

        3.4.1 熱軋態(tài)顯微組織

        三種方案情況下,鋼材表面及半徑1/2處的顯微組織均為鐵素體+珠光體,未出現(xiàn)馬氏體或貝氏體,均滿足客戶要求,如圖2~4所示。

        3.4.2 力學(xué)性能

        不同冷卻條件下鋼材縱向力學(xué)性能如表4所示(取樣位置為距鋼材表面半徑1/2處)。

        3.5 試驗結(jié)果分析

        (1)常規(guī)軋制工藝與試驗方案1條件下,軋制鋼材的強度無明顯差別,均接近技術(shù)要求的下限,容易發(fā)生客戶進廠復(fù)驗熱軋態(tài)性能不合格風(fēng)險。生產(chǎn)過程中,這兩種方案的鋼材下冷床表面溫度實測分別約為760 ℃和710 ℃;而經(jīng)過計算,該鋼種的Ac3溫度約為785 ℃,Ac1溫度約為730 ℃。試驗方案1條件下棒材下冷床表面溫度710 ℃,心部溫度往往在730 ℃以上。所以,以上兩方案生產(chǎn)的棒材下冷床后冷卻緩慢,內(nèi)部組織將繼續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致鋼中先共析鐵素體含量偏高,珠光體片間距大,使棒材的強度偏低。

        圖1 吹風(fēng)+水霧冷卻

        圖2 常規(guī)軋制工藝熱軋態(tài)顯微組織

        圖3 試驗方案1條件下熱軋態(tài)顯微組織

        圖4 試驗方案2條件下熱軋態(tài)顯微組織

        (2)試驗方案2條件下,棒材強度結(jié)果較理想,比客戶的性能要求高40~50 MPa,富余量較多。這主要是因為棒材經(jīng)鋸切后采取了快速冷卻方式,使鋼材下冷床表面溫度降低到640 ℃,遠低于Ac1溫度,減少了先共析鐵素體含量,增加了珠光體含量和減小了其片間距,使棒材的強度增加。

        (3)三種方案條件下棒材顯微組織表明,常規(guī)軋制工藝及試驗方案1的顯微組織無明顯差異,試驗方案2的鐵素體含量要比常規(guī)軋制工藝和試驗方案1要少,晶粒更細小,晶粒度約為8級,因此強度較高。

        4 結(jié)束語

        (1)采用控軋、控冷工藝,精軋控溫≤850 ℃,軋后采用吹風(fēng)+水霧冷卻工藝,減少了先共析鐵素體含量,強度提升明顯、富余量較多,很好地滿足了協(xié)議技術(shù)要求,比常規(guī)軋制工藝的強度提升了40~50 MPa。

        (2)三種方案中的鋼材顯微組織為鐵素體+珠光體,未出現(xiàn)異常組織。

        (3)常規(guī)軋制工藝和試驗方案1條件下的棒材強度無明顯差別,均靠近協(xié)議技術(shù)要求下限,容易發(fā)生客戶進廠復(fù)驗熱軋態(tài)性能不合格風(fēng)險。

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