石 敏， ?？★w， 羅貽正， 余 劍

（方大特鋼科技股份有限公司， 江西 南昌 330012）

ML08Al盤條屬于GB/T 6478—2015中的非熱處理型低碳鋁鎮(zhèn)靜冷鐓鋼。冷鐓鋼的用戶加工工藝一般為:酸洗—磷化—（退火）—拉拔—冷鐓—（熱處理）—（電鍍/發(fā)黑）。由于該鋼種碳、硅含量極低，塑性非常高，因此具有非常優(yōu)異的冷鐓性能。可以不需要退火直接進(jìn)行1/3以上的冷鐓成型，成型后也不需經(jīng)過熱處理來(lái)改善強(qiáng)度，一般用于制造4.8級(jí)以下螺栓、螺帽、音響的TFe等強(qiáng)度要求低但變形量大的緊固件。

在該鋼種開發(fā)前期接到用戶反饋，產(chǎn)品的強(qiáng)度偏高，導(dǎo)致拉拔模具損耗大，冷鐓成型困難，加工成本高，用戶要求ML08Al的抗拉強(qiáng)度需不大于390 MPa。本文針對(duì)該問題進(jìn)行分析研究，并通過試驗(yàn)進(jìn)行成分和工藝的優(yōu)化，使產(chǎn)品的強(qiáng)度符合用戶要求。

1 現(xiàn)狀及原因分析

通過對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，ML08Al抗拉強(qiáng)度基本上都控制在370 ～440 MPa之間，大部分都高出了用戶“不大于390 MPa”的要求。通過進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度偏高的規(guī)格基本上都集中在6.5 ～10.0 mm規(guī)格。因此重點(diǎn)是解決6.5 ～10.0 mm規(guī)格的抗拉強(qiáng)度偏高的問題。

對(duì)于影響鋼材的強(qiáng)度基本原理，目前鋼鐵行業(yè)已經(jīng)有相關(guān)的研究。而對(duì)于低碳鋼盤條而言，影響其強(qiáng)度的主要因素:

1）化學(xué)成分的影響。通過對(duì)低碳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能建立回歸方程分析，碳、硅、錳三種元素的含量與鋼材的力學(xué)性能之間均為正影響關(guān)系，其中碳含量影響最大，其次是錳和硅元素[1，2]。而對(duì)于ML08AL盤條，其本身的化學(xué)成分要求就是低碳、低硅，因此碳和硅元素優(yōu)化空間不大，主要從錳元素上進(jìn)行優(yōu)化。

2）軋制工藝的影響。對(duì)于低碳鋼線材軋制工藝強(qiáng)化的本質(zhì)原因有兩種:鐵素體晶粒太細(xì)小或鐵素體中的碳元素過飽和；反之，鐵素體晶粒變粗大，使鐵素體中的碳不飽和就可以降低強(qiáng)度。為得到較粗大的鐵素體晶粒，首先需要得到較粗大的奧氏體晶粒，這方面可以通過較高的吐絲溫度和緩慢的冷卻速度來(lái)獲得[3]。鐵素體中的過飽和碳主要以兩種形式存在，一種是固溶在鐵素體中起到固溶強(qiáng)化作用，另一種是從鐵素體中析出起到沉淀強(qiáng)化作用[4]。相比較而言，低碳鋼的沉淀強(qiáng)化作用很小，只需要將固溶于鐵素體中的過飽和碳沉淀出來(lái)即可，這方面可以通過軋后緩慢冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。因此軋鋼工藝方面的優(yōu)化方向主要:提高吐絲溫度和降低斯太爾摩冷卻線的輥道速度延長(zhǎng)保溫時(shí)間，以獲粗大的鐵素體晶粒和更少的固溶碳。

3）軋制規(guī)格的影響。一般而言，在同樣的條件下，規(guī)格越小則軋制的壓縮比越大，鋼材的致密程度越高，晶粒度越細(xì)小，并且由于直徑小軋后冷卻速度會(huì)更快，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的熱軋強(qiáng)度也高。為避免規(guī)格的影響，本文均是采用強(qiáng)度最高的6.5 mm規(guī)格進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 化學(xué)成分試驗(yàn)

開發(fā)前期，考慮到用戶對(duì)ML08Al的強(qiáng)度有一定需求，因此碳、錳、硅元素基本上是按照國(guó)標(biāo)要求的上限進(jìn)行控制，這是導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度偏高的主要原因。因此，第一步是針對(duì)三種主要的強(qiáng)化元素進(jìn)行優(yōu)化，降低碳、硅兩個(gè)元素的上限，同時(shí)將錳元素按國(guó)標(biāo)下限要求進(jìn)行控制。

根據(jù)以上原則，冶煉了2爐不同成分的坯料，其中方案1-1是原成分坯料，方案1-2為新成分坯料，見表1。為摸索極限條件下的影響，方案1-1鋼坯主要的碳、硅、錳三個(gè)元素，均按所設(shè)計(jì)的內(nèi)控成分的上限進(jìn)行控制。采用相同的原軋制工藝各試驗(yàn)了10支鋼，為排除取樣部位的影響，在盤卷靠近中部的相同位置進(jìn)行取樣，每支鋼各取8個(gè)樣品檢測(cè)力學(xué)性能和1/3冷頂鍛性能，每組方案樣品總數(shù)為80個(gè)。經(jīng)檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度大幅度下降，平均下降了23 MPa，抗拉強(qiáng)度不大于390 MPa樣本比例由33%提高到66%，并且經(jīng)1/3冷頂鍛檢測(cè)冷鐓性能全部合格，成分優(yōu)化效果明顯，見表1。

表1 ML08AL兩種成分及對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響

2.2 軋制工藝試驗(yàn)

成分優(yōu)化后，ML08Al抗拉強(qiáng)度超390 MPa的比例大幅度減少，但仍有部分樣品會(huì)超出該要求，無(wú)法完全滿足要求。因此需要在新成分的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化軋制工藝。

通過前面的分析，可采用提高吐絲溫度的方法來(lái)獲得粗大的奧氏體晶粒，通過降低輥道速度延長(zhǎng)保溫時(shí)間的方法來(lái)減少固溶碳。需要注意的是吐絲溫度不宜提的太高，需要控制氧化鐵皮的含量，否則氧化鐵皮太厚且不易去除，反而影響表面質(zhì)量，且增加用戶酸洗難度。為了更為直觀的了解兩種方式對(duì)強(qiáng)度的影響，設(shè)計(jì)了兩種新的軋制工藝，采用表1中方案1-2的坯料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，見表2。方案2-1在原工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)RSM溫度和吐絲溫度進(jìn)行上調(diào)，其中進(jìn)RSM溫度上調(diào)了100℃，吐絲溫度上調(diào)了100℃，其他的工藝不進(jìn)行變動(dòng)。方案2-2在原工藝的基礎(chǔ)上，只對(duì)輥道速度進(jìn)行下調(diào)，由“0.30 m/s+Δ0.2 m/s”調(diào)整為目前可實(shí)現(xiàn)的最慢輥道速度“0.20 m/s+Δ0.1 m/s”，以最大限度的減緩其軋后冷卻速度。

用兩種工藝分別軋制10支鋼進(jìn)行試驗(yàn)。為排除取樣部位的影響，在盤卷靠近中部的相同位置取樣，檢測(cè)力學(xué)性能和1/3冷頂鍛性能，并與采用“新成分+原工藝”的方案1-2進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)1/3冷頂鍛檢測(cè)，兩組的方案的冷鐓性能全部合格，冷鐓性能上均能滿足要求。經(jīng)力學(xué)性能檢測(cè)，方案2-1比方案1-2的抗拉強(qiáng)度平均降低了25 MPa，并且抗拉強(qiáng)度不大于390 MPa的比例由66%提高到了100%，全部滿足用戶的要求，強(qiáng)度降低效果明顯；方案2-2比方案1-2的抗拉強(qiáng)度平均降低了8 MPa，抗拉強(qiáng)度不大于390 MPa的比例只達(dá)到了75%，強(qiáng)度降低的效果不明顯，并且該方案由于摩線輥道速度太慢，非常容易出現(xiàn)摩線卡鋼、掛鋼等事故，影響生產(chǎn)，因此不宜采用。綜合分析，認(rèn)為方案2-1能滿足要求，且對(duì)生產(chǎn)無(wú)太大的影響，屬于較優(yōu)的方案。

表2 ML08AL三種軋制工藝對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響

3 工藝改進(jìn)及批量驗(yàn)證

通過少量試驗(yàn)，新的化學(xué)成分和軋制工藝可滿足用戶的要求，因此針對(duì)ML08Al的化學(xué)成分和軋制工藝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。其中碳和硅含量均對(duì)上限進(jìn)行了下調(diào)，錳含量由原來(lái)的按國(guó)標(biāo)上限控制調(diào)整為按國(guó)標(biāo)下限控制，并且提高了進(jìn)RSM溫度和吐絲溫度，見表3。

表3 ML08AL成分及工藝的優(yōu)化對(duì)比

采用新成分和新工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)驗(yàn)證，經(jīng)過2 000多t批量生產(chǎn)，ML08AL未再出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度大于390 MPa的現(xiàn)象，工藝的優(yōu)化取得成功。

4 結(jié)論

1）ML08Al抗拉強(qiáng)度不宜太高，會(huì)增加用戶模具損耗，且影響冷鐓性能，控制在不大于390 MPa較為適宜。

2）ML08Al抗拉強(qiáng)度偏高的主要原因:錳含量偏高，提高了強(qiáng)度；同時(shí)進(jìn)RSM溫度和吐絲溫度偏低，導(dǎo)致晶粒過于細(xì)小，反而不利于用戶加工。

3）通過將錳、碳和硅含量控制在國(guó)標(biāo)下限，同時(shí)上調(diào)進(jìn)RSM溫度和吐絲溫度，ML08Al抗拉強(qiáng)度可控制在390 MPa以下，并且1/3冷鐓性能合格。