高碳鋼控冷過程中偏析成分的相變行為

高碳鋼控冷過程中偏析成分的相變行為

82b熱帶是生產(chǎn)高強(qiáng)度、高耐度、低松樹性能鋼絲繩或鋼弓的主要原材料。這些產(chǎn)品主要用于橋梁、大橋、高層建筑、水庫、核電站、隧道等重要建設(shè)項(xiàng)目。所以,線材制品廠對(duì)其原料的要求是非常嚴(yán)格的。武鋼有多年采用200mm×200mm×6000mm連鑄坯生產(chǎn)82B盤條的歷史。但其用戶所提質(zhì)量異議最多的是拉拔和鉸線后塑性檢驗(yàn)不合格,其中最多的是檢驗(yàn)后呈尖狀斷口,每年脆斷質(zhì)量異議達(dá)70%左右,這一點(diǎn)嚴(yán)重制約了該廠高碳鋼生產(chǎn)的發(fā)展,因此,必須盡快對(duì)尖狀斷口的形成機(jī)理進(jìn)行探討,并提出具體的解決措施。182鐵水脫硫廢水吹煉工藝武鋼82B熱軋盤條的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分見表1,其生產(chǎn)工藝流程為:鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐吹煉→吹氬→LF爐升溫精煉→VD爐真空脫氣→方坯連鑄→方坯檢查→加熱→高線軋制→控冷→檢驗(yàn)→入庫。2試驗(yàn)結(jié)果的分析圖1(a)是尖狀斷口的照片。對(duì)尖狀斷口處用電子探針分析其成分,結(jié)果見表2,可看出馬氏體處Mn、Cr、Si的偏析程度。圖2是盤條中心部位的馬氏體組織(白色區(qū)域)。為了確定82B鋼鑄坯碳的實(shí)際偏析程度,在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取7個(gè)爐號(hào),每爐鋼(100t)在中間坯上取一個(gè)試樣,試樣尺寸為200mm×200mm×400mm。從每個(gè)試樣長(zhǎng)度方向的中間橫剖,如圖3所示,在試樣橫截面上劃線,并標(biāo)出中心點(diǎn)和其它8個(gè)方向上的點(diǎn),每個(gè)方向上的點(diǎn)分別距中心點(diǎn)5、10、15、20、25、30mm,之后在這些點(diǎn)鉆取鐵屑化驗(yàn)碳含量,7個(gè)試樣共343個(gè)點(diǎn),每個(gè)試樣碳含量最高的點(diǎn)不一定在中心點(diǎn)(O點(diǎn)),但基本上都在O點(diǎn)的周圍5~10mm,這與連鑄時(shí)連鑄坯上下表面二冷水的強(qiáng)度有關(guān),因?yàn)槎渌膹?qiáng)度與柱狀晶的厚度有關(guān),即與鑄坯最后凝固點(diǎn)的位置有關(guān)。表3示出了7個(gè)試樣的343點(diǎn)中w(C)>0.82%的部位和試樣編號(hào),共有39個(gè)點(diǎn)的w(C)>0.82%,即發(fā)生了碳的正偏析。尖狀斷口的形成是由于中心馬氏體在拉拔過程中與周圍的索氏體變形抗力和塑性不一致,馬氏體顆粒不易變形,導(dǎo)致馬氏體顆粒周圍應(yīng)力集中,從而出現(xiàn)沿馬氏體顆粒邊緣的裂紋,并在拉拔過程中形成人字形微裂紋,見圖1(b)。因?yàn)楦咛间摰钠鍪遣豢杀苊獾?無論采取什么方法,只能減輕偏析,不能消除偏析。因此,研究多大的偏析不影響鋼的組織、性能和質(zhì)量,對(duì)高碳鋼盤條的生產(chǎn)具有很大的實(shí)際意義。3c、p的偏析指數(shù)根據(jù)表3,平均C的偏析指數(shù)為1.18,1.18×0.82=0.96,因此2號(hào)鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為0.82%~0.96%,取平均偏高的值為0.92%。取C的偏析指數(shù)為1.41,則1號(hào)鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)取為1.16%。兩種鋼其它元素的含量根據(jù)對(duì)尖狀斷口處電子探針的分析結(jié)果確定,最后在實(shí)驗(yàn)室煉制出來的偏析鋼的成分見表4。試樣尺寸為?8mm×12mm的熱模擬試樣,在Gleeble2000熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上加熱到900℃奧氏體化5min,然后以不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻,得到不同冷卻速度下的組織,見表5。4cct指數(shù)的確定根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制鋼的CCT曲線,并對(duì)正常和偏析的82B鋼的CCT曲線進(jìn)行比較,見圖5。由圖5可看出,隨著C、Si、Mn、Cr含量的增加,CCT曲線向右移。表4中的Ceq=ω(C)+ω(Mn)/6+(ω(Cr)+ω(Mo)+ω(V))/5+(ω(Cu)+ω(Ni))/15。用偏析鋼的碳當(dāng)量比上正常82B鋼的碳當(dāng)量作為綜合偏析指數(shù),以衡量各元素對(duì)鋼的CCT曲線位置的影響,特別是82B鋼中Mn和Cr的影響。一般來說根據(jù)鋼的CCT曲線可以推知鋼的淬透性,鋼的CCT曲線越右移,淬透性越大。由表5看出,正常82B鋼的冷速應(yīng)在2~5℃/s,此時(shí)鋼的強(qiáng)度滿足要求,索氏體化也最高;2號(hào)偏析鋼不出現(xiàn)馬氏體的冷速為≤2℃/s,因?yàn)楸P條中心在控制冷卻中的冷速比邊緣要小,因此,適當(dāng)調(diào)整控冷工藝,就可在鑄坯中心碳偏析指數(shù)不大于0.92/0.82=1.12及綜合偏析指數(shù)不大于1.20的情況下,在控冷時(shí),盤條中心比正常82B鋼稍后一點(diǎn)形成正常組織,不會(huì)形成馬氏體。若鑄坯中心碳偏析指數(shù)大于1.12及綜合偏析指數(shù)大于1.20,在盤條控冷時(shí),中心部分要形成正常組織,就要使盤條中心的冷卻速度比盤條其它部位的冷速慢得多(≤0.5℃/s),見表5,這實(shí)際上辦不到,因此在此種情況下會(huì)形成中心馬氏體,因?yàn)楸P條的直徑只有5.5~20mm,為了得到正常組織,該鋼必須軋后快冷,這就使盤條中心不會(huì)比其它部位的冷速慢得多,只可能稍慢一點(diǎn)。因此,可初步判定該鋼的最高鑄坯中心碳偏析指數(shù)不應(yīng)大于1.12及綜合偏析指數(shù)不應(yīng)大于1.20。5沒采用或無符合(1)降低鋼水的過熱度;(2)末端電磁攪拌(武鋼此裝置不好用);(3)輕壓下;(4)重壓下(沒采用)。通過采用降低鋼水過熱度和輕壓下的措施,82B鋼鑄坯中心的碳偏析得到明顯改善,平均偏析系數(shù)達(dá)到1.06,偏析系數(shù)小于1.10的比率穩(wěn)定在70%以上。通過采取改進(jìn)的操作工藝(低鋼水過熱度、低拉速、輕壓下),82B鋼線材中馬氏體的級(jí)別明顯下降,因馬氏體而發(fā)生的尖狀斷口的質(zhì)量問題也很少發(fā)生,見表6。6碳偏析指數(shù)低時(shí)分析模型,易產(chǎn)生尖狀斷口。u(1)連鑄坯中心的成分偏析是導(dǎo)致82B線材中心產(chǎn)生馬氏體,從