摘要：晶粒度的好壞是鋼材質(zhì)量的重量指標(biāo)，同時(shí)直接關(guān)系到鋼材性能的優(yōu)劣，凌鋼自生產(chǎn)品種鋼以來(lái)晶粒度控制水平一直不好，嚴(yán)重制約了鋼材向高端方向發(fā)展，為了解決這一問(wèn)題，進(jìn)行了多種嘗試及試驗(yàn)，最終通過(guò)增加酸溶鋁的含量使此問(wèn)題得到了根本性的解決，也印證了第二元素的鋁含量和對(duì)晶粒度有著極大地影響。

關(guān)鍵詞：加熱速率 晶粒度 混晶 酸溶鋁 金屬材料性能

凌鋼大棒材主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棒材，產(chǎn)品斷面涵蓋φ80～φ260圓鋼規(guī)格，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定并穩(wěn)步提升，逐步應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但是混晶問(wèn)題一直未得到根本性的解決，對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的加工也帶來(lái)了較大影響，為了解決這個(gè)問(wèn)題，使產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提升，企業(yè)技術(shù)人員也進(jìn)行了一系列的探索試驗(yàn)，目前得到了根本性的控制。

一、奧氏體晶粒度的概念及混晶的危害

1.1 晶粒度的概念

表示晶粒大小的尺度叫晶粒度，常用單位體積（或單位面積）內(nèi)的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線(xiàn)長(zhǎng)度（或直徑）表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級(jí)來(lái)表示晶粒大小。在鋼鐵材料中，常見(jiàn)的就這8個(gè)級(jí)別，其中1～3號(hào)被認(rèn)為是粗晶粒，4～6號(hào)為中等晶粒，7～8號(hào)為細(xì)晶粒。同時(shí)鋼材出廠(chǎng)之前都要按照相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù) 文件的規(guī)定進(jìn)行各項(xiàng)檢驗(yàn)或試驗(yàn)。鋼的奧氏體晶粒度的檢驗(yàn)是其中之一。鋼的奧氏體晶粒度之不合格（六級(jí)以下占比超過(guò)一定比例），主要表現(xiàn)為在細(xì)晶粒的基體上存在部分特別粗大的晶粒，即形成所謂的“ 混晶”。

1.2混晶的危害

晶粒長(zhǎng)大是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程，因?yàn)榫ЯＴ酱?，單位體積晶粒數(shù)就越少，即晶界面積越小，因而晶界能或整個(gè)系統(tǒng)的自由能就越低，奧氏體晶粒的大小對(duì)鋼的許多性能影響很大，晶粒度的影響，實(shí)質(zhì)是晶界面積大小的影響。晶粒越細(xì)小則晶界面積越大，對(duì)性能的影響也越大。對(duì)于金屬的常溫力學(xué)性能來(lái)說(shuō)，一般是晶粒越細(xì)小，則強(qiáng)度和硬度越高，同時(shí)塑性和韌性也越好。這是因?yàn)椋ЯＴ郊?xì)，塑性變形也越可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，使塑性變形越均勻，內(nèi)應(yīng)力集中越小;而且晶粒越細(xì)，晶界面越多，晶界越曲折;晶粒與晶粒中間犬牙交錯(cuò)的機(jī)會(huì)就越多，越不利于裂紋的傳播和發(fā)展，彼此就越緊固，強(qiáng)度和韌性就越好。所以混晶由于部分晶粒粗大，所以會(huì)造成鋼材的強(qiáng)度、塑性和韌性的降低，對(duì)下游工序的使用造成較大影響。

二、晶粒長(zhǎng)大影響因素

首先，奧氏體起始晶粒度取決于形核率N和長(zhǎng)大速度G的比值N/G，此值愈大，奧氏體起始晶粒就愈小。其次，在起始晶粒形成之后，鋼的實(shí)際晶粒則取決于奧氏體在繼續(xù)保溫或升溫過(guò)程中的長(zhǎng)大傾向，而奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向又與起始晶粒的大小、均勻性以及晶界能有關(guān)。晶粒大小愈不均勻、曲率半徑愈小、表面彎曲度愈大，則界面能愈大，晶粒長(zhǎng)大的傾向性就愈大。

此外，奧氏體的實(shí)際晶粒度還受加熱溫度、保溫時(shí)間以及第二相顆粒的大小、多少、性質(zhì)、原始組織和加熱速度等的影響。

1、加熱速度和保溫時(shí)間的影響。晶粒長(zhǎng)大和原子的擴(kuò)散密切相關(guān)，溫度愈高，相應(yīng)的保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，原子的活動(dòng)能力愈大，擴(kuò)散愈容易進(jìn)行，奧氏體晶粒亦將愈粗大。

2、加熱速度的影響。加熱速度實(shí)質(zhì)上是過(guò)熱度問(wèn)題，過(guò)熱度愈大，即成核率與成長(zhǎng)速度之比越大，將獲得細(xì)小的起始晶粒。雖然如此，但高溫下奧氏體晶粒極易長(zhǎng)大，因此，在高溫下不能有長(zhǎng)的保溫時(shí)間。

3、脫氧劑及合金化元素的影響。用鋁脫氧的鋼，晶粒長(zhǎng)大的傾向小，屬本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。這是因?yàn)殇撝泻写罅侩y溶的六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的A1N、機(jī)械地阻礙奧氏體長(zhǎng)大。用硅和錳脫氧的鋼，晶粒長(zhǎng)大的傾向大，一般屬于本質(zhì)粗晶粒鋼。

4、原始組織的影響。鋼的原始組織愈細(xì)、碳化物分散度愈大，所得到的奧氏體起始晶粒愈細(xì)小。

三、凌鋼主要所做的研究試驗(yàn)

為了徹底解決混晶問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)寬產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，針對(duì)晶粒度影響的主要因素，主要進(jìn)行了如下的探索試驗(yàn)：

1、適當(dāng)降低加熱溫度

原來(lái)40Cr鋼種出爐溫度控制在1200℃～1220℃之間，相對(duì)偏高，首先對(duì)這個(gè)加熱溫度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，由原來(lái)的1200℃～1220℃調(diào)整為1160℃～1170℃，試驗(yàn)一個(gè)月，晶粒度沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的明顯改善，混晶現(xiàn)象仍然嚴(yán)重。

2、縮短在爐時(shí)間

通過(guò)加快生產(chǎn)節(jié)奏，減少40Cr生產(chǎn)時(shí)的裝爐量，使鋼坯在加熱卡的工藝范圍內(nèi)盡快出爐進(jìn)行軋制，減少晶粒長(zhǎng)大的時(shí)間，運(yùn)行試驗(yàn)兩個(gè)月，依舊沒(méi)有明顯改善。

3、提高加熱速率

經(jīng)過(guò)資料分析及試驗(yàn)，鋼材晶粒度長(zhǎng)大最快的溫度區(qū)間為900℃～1100℃，這段溫度區(qū)間內(nèi)應(yīng)使鋼材保持最快的升溫速率，保證晶粒度得不到充分的長(zhǎng)大，減少粗大晶粒的產(chǎn)生，此方案未進(jìn)行有效實(shí)施。

4、提高鋼中酸溶鋁含量

通過(guò)與其他企業(yè)進(jìn)行對(duì)比，凌鋼鋼中酸溶鋁含量處于較低的水平，與其他企業(yè)相差比較大，所以增加鋼種酸溶鋁的含量，使之接近其他企業(yè)的水平，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的試驗(yàn)，效果十分明顯，40Cr未發(fā)生任何一起混晶問(wèn)題，合格率達(dá)到100%。

四、結(jié)論

經(jīng)過(guò)一系列的探索實(shí)驗(yàn)，得出鋼種酸溶鋁含量對(duì)晶粒度的影響巨大，找到了對(duì)鋼材晶粒度影響比較大的因素，徹底解決了凌鋼鋼材混晶的問(wèn)題，促進(jìn)了凌鋼產(chǎn)品邁向中高端。

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作者簡(jiǎn)介：賈維海 材料學(xué)工程師 2006年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué) 多年從事金屬材料性能研究。