SWRCH35K熱軋盤條魏氏組織及混晶組織的消除

秦國防 董戰(zhàn)利 付 巖

（1.濟源職業(yè)技術學院機電工程學院； 2.河南濟源鋼鐵（集團）有限公司）

關鍵字 SWRCH35K 魏氏組織 混晶 控冷工藝

0 前言

35K，全稱SWRCH35K，冷鐓線材，碳含量為0.35%左右，被廣泛用于螺栓、螺帽等各類緊固件和各種冷鐓成型的零配件[1]。隨著冷鐓成型工藝的過程控制智能化,對熱軋盤條的表面質量、內在質量、成分和微觀組織的均勻性、冷加工性能等均有更高的要求[2-6]。河南濟鋼自生產SWRCH35K冷鐓鋼以來，產品投放市場后受到廣大用戶的好評，但初期有部分用戶反映SWRCH35K產品有魏氏組織、晶粒不均等組織缺陷。為了改善SWRCH35K的使用性能，通過對實驗數(shù)據(jù)進行研究分析，找出了SWRCH35K盤條魏氏組織及混晶缺陷的主要原因，并提出了針對控冷工藝的優(yōu)化措施，以期能夠為同行業(yè)企業(yè)實際生產提供借鑒和指導。

1 生產條件

1.1 自動生產工藝流程

鋼坯加熱→壓水除鱗→粗軋6架軋制→1#飛剪切頭→中軋6架軋制→2#飛剪切頭尾→預精軋6架軋制→預水冷箱冷卻→3#飛剪切頭尾→精軋機軋制（根據(jù)不同規(guī)格選用不同軋制道次）→水冷箱冷卻→吐絲機成圈→風冷線冷卻→集卷筒成卷→成品檢驗→剪頭尾→打包→稱量→掛牌→入庫。

1.2 各溫度點溫度、風冷輥道速度及保溫罩開啟狀態(tài)

測量并記錄優(yōu)化前后各溫度點的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表1，優(yōu)化前后風冷輥道各段速度及保溫罩開啟狀態(tài)見表2。

表1 優(yōu)化前各溫度點溫度 ℃

表2 優(yōu)化前風冷輥道各段速度及保溫罩開啟情況

2 金相試驗

2.1 樣品制備

取Φ16.0 mm規(guī)格SWRCH35K樣品，用鋸切機將樣品切成圓柱形試樣，試樣不得受到高溫影響。對試樣橫斷面進行研磨、拋光；用4%硝酸酒精溶液對樣品進行侵蝕。

2.2 試驗結果

在蔡司電子金相顯微鏡下，分別放大100×和500×觀察樣品的金相組織。100×下觀察到的樣品邊部和心部的金相組織為不均勻混晶及魏氏組織，如圖1所示；500×下觀察到的樣品邊部和心部的金相組織出現(xiàn)魏氏組織及粒狀貝氏體，如圖2所示。

圖1 改進前100×金相組織

圖2 改進前500×金相組織

金相組織對冷鐓鋼產品性能的影響非常突出,良好的冷鐓鋼金相組織應為鐵素體+珠光體(F+P),不應有貝氏體組織和魏氏組織[7]。在冷卻速度過大時,盤條中會出現(xiàn)貝氏體和魏氏組織[8]。

從圖1、圖2可以看出，放大100倍時，樣品的邊部及心部存在嚴重混晶組織，細晶組織晶粒度7～8級，粗晶組織晶粒度3～4級[9]；放大500倍時，樣品的組織為鐵素體+珠光體+粒狀貝氏體+魏氏組織[10]。

從試驗結果可知，樣品組織的晶粒大小不一，且晶粒度差別超過4級，存在較嚴重的混晶組織。過低的晶粒度會導致材料脆化和強度下降[11]；粒狀貝氏體由于其硬度高，將惡化材料的冷加工性能，而嚴重的魏氏組織將切割機體、降低鋼的機械性能，對沖擊韌性的影響更大[12-16]。圖2中的這種混晶組織可以導致材料脆升高、強度和沖擊韌性下降、硬度升高、冷加工性能降低。

3 原因分析

3.1 相變溫度

SWRCH35K鋼熱物性參數(shù)包括密度、熱容、導熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、液相線溫度、固相線溫度等[17]，其中SWRCH35K鋼的密度為7.827 g/cm3（14 ℃）。

Ac1和Ac3分別表示加熱過程中組織開始轉變?yōu)閵W氏體和全部轉變?yōu)閵W氏體的溫度，Ar3表示亞共析鋼高溫奧氏體化后，冷卻時鐵素體開始析出的溫度，Ms表示鋼奧氏體化后，隨著溫度降低，奧氏體開始轉變?yōu)轳R氏體的溫度。以上相變溫度可以通過經驗關系式求得, 經驗關系式如下：

根據(jù)式（1）～式（4）求得的SWRCH35K鋼的相變溫度為：Ac1=716.3 ～ 723.8 ℃，Ac3=789.3 ～ 804.6 ℃，Ar3=705.2 ～ 754.0 ℃，Ms=351.2 ～ 384.8 ℃。

3.2 CCT曲線分析

采用膨脹法結合金相-硬度法測定的SWRCH35K冷鐓鋼的CCT曲線如圖3所示。

圖3 SWRCH35K冷鐓鋼的CCT曲線

從圖3可以看出，A→F的轉變貫穿整個冷速區(qū)間；發(fā)生A→P轉變的最大冷卻速度約為5 ℃/s；冷卻速度大于5 ℃/s時，轉變產物中不存在珠光體組織；貝氏體的生成范圍也很大，由0.5 ℃/s到直接噴水冷卻都有貝氏體組織存在； SWRCH35K鐵素體的相變開始溫度為790 ℃,鐵素體和珠光體相變結束溫度為710 ℃，而表1中出保溫罩的溫度最低值為730 ℃，這說明有部分奧氏體還沒有轉變結束卻出了保溫罩，出保溫罩后冷卻速度加快，從而產生魏氏組織和粒狀貝氏體。而精軋入口溫度低于950 ℃，處于未再結晶區(qū)域進行軋制，容易得到粗細不均的混晶組織。因此，控制軋制過程各點度及軋后冷卻速度是控制混晶、魏氏組織及粒狀貝氏體的關鍵。

4 控冷工藝優(yōu)化

4.1 工藝優(yōu)化措施

通過對SWRCH35K金相檢驗及理論分析可知，SWRCH35K產品存在混晶、粒狀貝氏體、魏氏組織等組織缺陷的主要原因是控制軋制及控冷工藝不當，因此，改進控冷工藝是提高SWRCH35K產品使用性能的關鍵。工藝改進后各溫度點溫度見表3，風冷輥道各段速度及保溫罩開啟情況見表4。

表3 優(yōu)化后各溫度點溫度 ℃

表4 優(yōu)化后風冷輥道各段速度及保溫罩開啟情況

4.2 優(yōu)化后試驗結果

控冷工藝經過優(yōu)化后所軋制SWRCH35K金相組織如圖4、圖5所示，圖4中100×組織晶粒較細小且較均勻無魏氏組織出現(xiàn)，圖5中顯示500×組織鐵素體呈塊狀分布。樣品組織為均勻細小的P+F組織，晶粒度7～8級。

隨后我們按照同樣的思路對Ф6.5 mm、Ф8.0 mm、Ф10.0 mm等規(guī)格控冷工藝進行了優(yōu)化，都達到了預期的效果。

5 結語

（1）經過實驗及理論分析，SWRCH35K中魏氏組織是由于出保溫罩后冷卻速度加快造成，混晶組織是由于精軋在未再結晶區(qū)軋制造成的。

（2）控冷工藝改進措施：通過降低吐絲溫度，調整入保溫罩及出保溫罩溫度可以消除魏氏組織；通過提高精軋入口溫度，使精軋道次在再結晶區(qū)軋制消除混晶。

圖4 100 ×組織晶粒較細小且較均勻無魏氏組織出現(xiàn)

圖5 500 ×組織鐵素體呈塊狀分布