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        微合金高碳硬線鋼組織控制與性能研究*

        2021-05-18 06:06:42陳海燕
        現(xiàn)代冶金 2021年1期

        陳海燕

        (江陰興澄特種鋼鐵有限公司, 江蘇 無錫 214400)

        引 言

        高碳硬線鋼廣泛應(yīng)用于輪胎、硬線彈簧、鋼絲繩、紡織針布行業(yè),其產(chǎn)品性能特點(diǎn)表現(xiàn)為高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性和高疲勞壽命。近期和未來隨著中國經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展以及對綠色制造的迫切需求,高碳硬線鋼必將往高強(qiáng)韌性方向發(fā)展。

        本文通過研究Nb在高碳鋼中對組織轉(zhuǎn)變和拉伸性能的影響,明確了Nb在高碳硬線鋼中的積極作用:Nb為強(qiáng)碳化物形成元素,NbC在奧氏體晶界的析出和釘扎作用,有效抑制了奧氏體晶粒的長大,能顯著細(xì)化珠光體團(tuán)和片層間距。但是NbC在晶界的析出,導(dǎo)致晶界局部貧碳和鐵素體的析出,對高碳鋼性能不利,實(shí)際生產(chǎn)通過Nb,V的綜合作用,能夠抑制晶界鐵素體和滲碳體的析出,實(shí)現(xiàn)鋼的高強(qiáng)韌性匹配。

        1 試驗(yàn)材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)材料為90碳Ф5.5 mm線材,1#和2#試驗(yàn)鋼化學(xué)成分如表1所示。Ф5.5 mm線材生產(chǎn)工藝流程為:100 t轉(zhuǎn)爐→100 t LF爐精煉→大方坯連鑄→中間坯→高線廠加熱→軋制→斯太爾摩控冷→檢驗(yàn)→包裝入庫。

        表1 試驗(yàn)鋼化學(xué)成分/%

        1.2 試驗(yàn)方法

        在線測量1#,2#試驗(yàn)鋼斯太爾摩風(fēng)冷線連續(xù)冷卻過程,并記錄風(fēng)冷線上不同時(shí)間點(diǎn)相變溫度,繪制成連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,研究1#,2#鋼相變時(shí)間和相變溫度差異。分別取1#,2#試驗(yàn)鋼Ф5.5 mm盤條,加工成橫向試樣,經(jīng)研磨、拋光后采用4%硝酸酒精溶液腐蝕,在金相顯微鏡和電鏡下觀察組織,對比索氏體組織差異性。分別取1#,2#試驗(yàn)鋼Ф5.5 mm盤條進(jìn)行拉伸數(shù)據(jù)對比,研究拉伸性能差異。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 對索氏體相變的影響

        1#,2#試驗(yàn)鋼經(jīng)過加熱、軋制,控制吐絲溫度為850-950 ℃,通過調(diào)整斯太爾摩冷卻線上的風(fēng)機(jī)風(fēng)量,達(dá)到索氏體相變溫度在550-700 ℃范圍的控制要求,記錄不同時(shí)間點(diǎn)相變溫度,繪制成連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線并對比,如圖1所示;2#試驗(yàn)鋼對比1#試驗(yàn)鋼索氏體相變延后,相變溫度更低,相變時(shí)間延長,說明索氏體相變更充分。

        這是由于Nb和V配合加入鋼中,能增加奧氏體穩(wěn)定性,促使索氏體相變溫度降低同時(shí)相變時(shí)間延后;而NbC在奧氏體晶界的析出降低了C在奧氏體內(nèi)的濃度,同時(shí)也降低了C在奧氏體內(nèi)的擴(kuò)散速率,因而推遲了珠光體的形核和長大,延長了整個(gè)相變過程,相變更充分。

        圖1 試驗(yàn)鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線對比

        2.2 組織特征對比

        將1#,2#試驗(yàn)鋼在金相顯微鏡下對比實(shí)際晶粒度,添加了Nb,V的2#試驗(yàn)鋼珠光體團(tuán)尺寸8級,1#試驗(yàn)鋼珠光體團(tuán)尺寸6級。如圖2所示。

        圖2 試驗(yàn)鋼珠光體團(tuán)級別對比

        在電鏡下2000倍和10000倍下進(jìn)一步對比試驗(yàn)鋼珠光體團(tuán)簇和珠光體片間距,如圖3,4所示。2#試驗(yàn)鋼珠光體團(tuán)更細(xì)小,珠光體片層間距更細(xì)。這是由于Nb,V的加入使鋼的CCT曲線往右下移動,促使索氏體相變延后同時(shí)相變溫度降低,索氏體片層更細(xì)[1]。

        圖3 試驗(yàn)鋼珠光體團(tuán)簇對比

        圖4 試驗(yàn)鋼珠光體片間距對比

        圖5 試驗(yàn)鋼晶界鐵素體析出對比

        通過試驗(yàn)鋼組織對比同時(shí)還發(fā)現(xiàn):高碳硬線鋼中Nb的添加,由于NbC的析出造成了局部貧碳區(qū),導(dǎo)致晶界鐵素體的析出,如圖5所示,對高碳索氏體鋼性能控制不利[2]。

        實(shí)際生產(chǎn)中,通過提高盤條在線冷卻速率,可以有效抑制鐵素體的析出。如圖6所示,加Nb試驗(yàn)鋼提高冷卻速率,鐵素體比例明顯減少。

        2.3 拉伸性能對比

        將1#和2#試驗(yàn)鋼 Ф5.5 mm盤條進(jìn)行常溫拉伸數(shù)據(jù)對比,如圖7所示,添加了Nb,V的2#試驗(yàn)鋼平均抗拉強(qiáng)度1300 MPa,斷面收縮率42%,而1#試驗(yàn)鋼平均抗拉強(qiáng)度1230 MPa,斷面收縮率38%。2#試驗(yàn)鋼比1#試驗(yàn)鋼強(qiáng)度提高70 MPa,斷面收縮率提高4%。

        圖7 試驗(yàn)鋼抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率對比

        對高碳索氏體鋼的研究認(rèn)為,珠光體片層粗細(xì)主要影響鋼的抗拉強(qiáng)度,而珠光體團(tuán)的大小則影響鋼的斷面收縮率。試驗(yàn)鋼由于珠光體團(tuán)簇更小,珠光體片層間距更細(xì),實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)韌性的同時(shí)提升。

        3 結(jié)束語

        (1)高碳硬線鋼中添加Nb,V元素,促使索氏體相變延后,相變溫度降低,同時(shí)相變時(shí)間延長,相變更充分。

        (2) Nb,V的綜合作用可以細(xì)化晶粒,促進(jìn)珠光體團(tuán)簇和片間距的細(xì)化,同時(shí)提高鋼的強(qiáng)韌性。

        (3)當(dāng)奧氏體晶界有NbC析出時(shí),促進(jìn)了晶界局部貧碳和鐵素體形核,同時(shí)增加了共析碳含量,容易導(dǎo)致晶界鐵素體形成,對高碳索氏體鋼性能不利,通過提高盤條在線冷卻速率可以有效抑制鐵素體析出。

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