陳歡 張亞君 張全慶 楊紅來

摘 要：鑄坯加熱溫度及時間是軋制工藝中主要參數(shù)之一，通過探究65#高碳硬線鋼的加熱行為，從而為65#高碳硬線鋼鑄坯加熱工藝制定提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。實驗結(jié)果表明：隨著加熱溫度的升高、保溫時間的加長，其脫碳層深度逐漸增加;其晶粒尺寸與加熱溫度之間滿足拋物線函數(shù)關(guān)系，在實驗溫度范圍內(nèi)加熱時，晶粒尺寸隨保溫時間基本保持線性增大關(guān)系，在1000～1150℃加熱溫度，保溫時間在30～90min以內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)晶粒異常長大現(xiàn)象。根據(jù)實驗結(jié)果，并結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備實際及控軋控冷工藝要求，制定出65#鋼加熱溫度工藝，較好的滿足了65#高碳硬線鋼軋制生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：65#鋼;加熱行為;脫碳層;晶粒尺寸

引 言

65#鋼作為中高碳彈簧鋼，經(jīng)適當(dāng)熱處理或冷作硬化后具有較高強度、硬度及彈性，主要用于制造彈簧、彈簧圈、各種墊圈、離合器等[2]。高碳鋼盤條的主要生產(chǎn)工藝流程包括鑄坯加熱、粗軋、中軋、預(yù)精軋、精軋、冷卻、成品，軋制工藝主要包括把鋼坯加熱到合適的溫度，在軋制過程中控制變形溫度、變形速率以及變形量，對奧氏體晶粒尺寸大小和再結(jié)晶過程進行有效控制，為熱軋后相變、進而為獲得理想的組織結(jié)構(gòu)創(chuàng)造良好的條件。

鑄坯加熱溫度及時間是軋制工藝中主要參數(shù)之一，加熱溫度控制是否合理會直接影響到鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量和初始奧氏體晶粒尺寸，從而影響軋制過程高碳硬線鋼中奧氏體再結(jié)晶過程、變形后奧氏體晶粒狀態(tài)及最終的力學(xué)性能。因此，通過探究65#高碳硬線鋼的加熱行為，從而為65#高碳硬線鋼鑄坯加熱工藝制定提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 ?實驗方案

實驗鋼種為65#鋼，其化學(xué)成分見表1所示，原始金相組織形貌見圖1所示。

實驗在CQ-G83型高溫程控馬弗爐中進行，在160mm×160mm×20mm（鑄坯連鑄方向）的65#鋼連鑄坯高度方向上取20mm×30mm（鑄坯高度方向）×20mm（鑄坯連鑄方向）的試樣，保留鑄坯表面。

實驗方案：取四組試樣分別以加熱溫度：1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，保溫時間為30min，軋制后，取樣做對比分析。

馬弗爐到溫后試樣入爐，按實驗方案設(shè)計的加熱時間保溫后取出，在空氣中冷卻。冷卻至室溫后制成金相試樣后用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，用OLYMPUS BX51M光學(xué)顯微鏡觀察其顯微組織照片，使用直線截點法確定不同條件下的奧氏體晶粒尺寸;在光學(xué)顯微鏡下進行定量統(tǒng)計分析奧氏體晶粒平均尺寸隨加熱溫度及保溫時間的變化規(guī)律。

2 ?實驗結(jié)果及分析

2.1 ?加熱溫度對脫碳層深度的影響

65#鋼實驗樣在不同的加熱溫度下保溫30min后冷卻到室溫得到的顯微組織，見圖2所示。由圖可知，隨著加熱溫度的升高，試樣邊部的顯微組織脫碳層深度逐漸增加。當(dāng)加熱溫度為1000℃時，試樣邊部組織尚未形成脫碳;當(dāng)加熱溫度升高至1050℃時，試樣邊部的局部區(qū)域形成脫碳;當(dāng)加熱溫度升高至1100℃時，試樣邊部形成了較明顯的脫碳層;當(dāng)加熱溫度增加到1150℃時，試樣邊部形成深度約50μm的脫碳層。

2.2 ?加熱溫度對奧氏體晶粒的影響

65#鋼實驗樣分別在1000℃、1050℃、1100℃和1150℃不同的加熱溫度條件下，保溫30min后冷卻到室溫得到原奧氏體晶粒典型形貌，見圖3所示。

根據(jù)圖3中的原奧氏體晶粒形貌金相檢測結(jié)果，定量統(tǒng)計65#鋼實驗樣在不同加熱溫度及保溫30min后的晶粒大小，統(tǒng)計結(jié)果見表2所示。

2.4 ?65#鋼加熱溫度制定

65#鋼由于碳含量高、接近共析成分，其室溫組織為珠光體+少量先共析鐵素體，一般采用降低開軋溫度的辦法來保證對軋制過程溫度的有效控制，綜合考慮加熱過程脫碳層的減少、晶粒尺寸的控制、改善鋼的冷變形性能、控制抗拉強度、顯微組織及氧化鐵皮控制，因此加熱溫度不能過高;但要確保軋機最大軋制壓力在設(shè)備允許范圍內(nèi)，同時通過采用大壓下量在粗軋及連軋的前幾道次大變形來細(xì)化原始奧氏體組織，因此加熱溫度不能過低。

線材生產(chǎn)控軋控冷的特點是：控軋控冷工藝包括把鋼坯加熱到最合適的溫度，在軋制時控制變形量及變形溫度，以控制奧氏體晶粒尺寸大小和再結(jié)晶過程，為軋后通過控制冷卻進行相變、得到理想的組織結(jié)構(gòu)提供良好的條件，控軋控冷關(guān)鍵是對加熱溫度、終軋溫度的控制[11]。因此根據(jù)上述分析，并結(jié)合控軋控冷工藝生產(chǎn)的鋼材顯微組織與普通軋制工藝的比較，制定出65#鋼加熱溫度工藝，見表3所示。

3 ?結(jié)論

（1）對于65#鋼，隨著加熱溫度的升高、保溫時間的加長，其脫碳層深度逐漸增加。在保溫30min的條件下，當(dāng)加熱溫度為1000℃時，試樣邊部組織未形成脫碳;當(dāng)加熱溫度增加到1150℃時，試樣邊部形成約50μm的脫碳層。

（2）根據(jù)實驗結(jié)果，并結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備實際及控軋控冷工藝要求，制定出65#鋼加熱溫度工藝，較好的滿足了65#高碳硬線鋼軋制生產(chǎn)要求。

參考文獻

[1] 程知松.棒線材生產(chǎn)創(chuàng)新工藝及設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[2] 董志洪，劉劍輝.合金鋼棒線材生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2019.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢：GB/T 226-2015 [S].

[4] 中華人民共和國國家市場監(jiān)督管理總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 鋼的脫碳層深度測定法：GB/T 224-2019[S].

[5] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 金屬平均晶粒度測定方法：GB/T 6394-2017 [S].