不同位置的65 Mn熱軋寬鋼帶抗拉強度分析

何立新 ，陳連生 ，陳業雄

（1.唐山國豐鋼鐵有限公司，河北唐山063300；2.河北聯合大學河北省現代冶金技術重點實驗室，河北唐山063009）

1 引言

65 M n是制作鋸片的主要材質之一，為降低成本，下游冷軋用戶除要求有較好的板形和淬透性外，還需要冷軋有較低的軋制力和最少的退火次數。為此，在滿足國標要求的熱軋力學性能的同時，抗拉強度應盡可能向下限控制。國豐公司生產65 M n熱軋寬鋼帶初期，客戶反映抗拉強度偏高，硬度波動較大，調質處理后平整度差。經核實，硬度波動大主要集中在頭尾部位，帶鋼本體部位能夠滿足用戶使用要求，與質保書中提供的抗拉強度對應關系不大。65 M n屬于高碳鋼，頭尾與本體軋制期間冷卻速度的細微差別對其組織、性能有很大影響，科學評定65 M n力學性能波動顯得尤為重要。

2 工藝路線及標準要求

65 M n熱軋寬鋼帶主要在國豐公司1450m m 2#生產線生產，坯料厚度為180m m，生產工藝為轉爐冶煉→L F精煉→立彎型連鑄機→蓄熱式加熱爐→粗軋可逆5道→熱卷箱→7架精軋連軋→層流冷卻→卷取。65 M n化學成分及力學性能均按照國標G B/T699—1999《優質碳素結構鋼》要求判定，具體見表1，軋制工藝見表2。

3 取樣方案及力學性能檢測分析

為了解產品的全面性能指標，除在生產現場3 m左右取樣外，還分別在不同鋼卷的5、10、15、20 m處取樣檢測。從表3可以看出，7641不同位置抗拉強度極差為61M P a，H R C硬度極差為4.5；7638不同位置抗拉強度極差為80M P a，H R C硬度極差為4.7。用戶提出的最佳抗拉強度范圍在735～850 M P a，較大的波動對用戶下游冷軋或調質、壓平等工藝造成影響是必然的，10m或15m以后已趨近目標值。

以7641為例，將相同厚度規格不同取樣位的試樣檢測結果進行對比分析，如圖1、圖2所示。

表1 65 Mn化學成分及力學性能檢驗標準

表2 65 Mn軋制工藝要求

表3 不同位置試樣的力學性能

圖1 7641不同位置試樣硬度

圖2 7641不同位置試樣抗拉強度

由圖1、2中硬度及抗拉強度曲線中可以看出，生產工藝相同的情況下，在生產現場鋼卷尾部取下的試樣硬度、強度都較高。這主要是由于在軋制過程中頭尾散熱速度較快，溫度略低，加上鋼帶卷取完成后立即進行吊裝取樣，開卷過程進一步增大了冷卻速度。由于此時試樣溫度仍然較高，正處在發生相變的溫度區間內，遇到較大的冷速，會使先共析鐵素體的量減少，珠光體晶粒變細，同時珠光體片層也會隨之變細。故取樣溫度高、試樣冷速大是導致硬度、強度檢測值偏高的主要原因。隨著開卷長度的增加，試樣的硬度和抗拉強度都呈下降的趨勢，這與鋼卷頭尾冷速高于本體冷速的規律是一致的，故當帶鋼開卷到一定長度后，硬度強度應趨于一個穩定范圍。

4 金相組織觀察與分析

材料的性能總是和它的顯微組織密切相關，為了分析65 M n鋸片用鋼工藝、組織、性能間的關系，利用光學顯微鏡、掃描電鏡等手段，對典型工藝下得到的試樣進行了顯微組織觀察和分析。

4.1 光學顯微組織觀察分析

采用線切割機在每個試件上取下表面和斷面兩個10×10m m的金相試樣，經過粗磨、細磨、拋光后，用3%的硝酸酒精溶液腐蝕，清晰地顯現出試樣的顯微組織，在NeophotⅢ型光學顯微鏡下觀察分析。不同規格編號試樣金相檢測結果如表4所示。其中包括組織組成、晶粒尺寸、脫碳層厚度等。

表4 各試樣金相檢測結果

從表4中可以看出，隨著取樣位置的深入，平均晶粒度與平均晶粒尺寸均有所增加。

4.2 SEM組織觀察與分析

將處理好的試樣在掃描電鏡下觀察高倍組織，并進行珠光體片層間距分析，不同工藝下試樣高倍組織如圖3～圖10所示。

圖3 7638-3電鏡組織

圖4 7638-5電鏡組織

圖5 7638-10電鏡組織

圖6 7641-3電鏡組織

圖7 7641-5電鏡組織

圖8 7641-10電鏡組織

圖9 7641-15電鏡組織

圖1 07641-20電鏡組織

以上7638、7641等8組掃描電鏡高倍顯微組織中，可以清晰的觀察到珠光體晶粒和晶界處的先共析鐵素體以及珠光體片層結構，經過測量分析這十二組試樣珠光體片層間距約在350～650n m，具體見表5。

隨著7638和7641鋼卷開卷長度的增加，可以看出珠光體領域的珠光體片層間距明顯增大。影響珠光體最重要的因素是珠光體片層間距[2]，片狀珠光體的片層間距與形成溫度和過冷度有關系。形成溫度降低，碳原子擴散速度減慢，碳原子難以作大距離的遷移，形成的珠光體的片層間距較小；過冷度越大，奧氏體和珠光體的自由能差別越大，能夠提供的能量越多，能夠增加的界面面積也越大，片層間距就越小珠光體片層間距的增大，對位錯運動的阻礙作用會減小，有利于珠光體強度的降低[3]。

表5 各試樣掃描電鏡檢測結果

5 結論

65 M n鋼帶尾部3m左右在線取樣的力學性能不能代表鋼帶本體性能，5m以后波動較小。試樣珠光體片層間距為350～650μm，隨著開卷取樣的深入，珠光體片層間距明顯增大。

軋制及冷卻過程中頭尾與本體冷卻速度的差異是造成65 M n產品硬度、抗拉強度波動較大的原因，隨著開卷長度的增加，試樣的硬度和抗拉強度都呈下降的趨勢，直到某一穩定范圍。

[1]朱祖昌,許雯.鋼中珠光體轉變 (一)[J].熱處理技術與裝備，2011，32（3）：65-70.

[2]王有銘，李曼云.鋼材的控制軋制與控制冷卻[M].北京：冶金工業出版社，1995：70.

[3]黃剛，焦國華，溫德智，等.薄板坯連鑄連軋65 M n鋼的熱軋組織與力學性能[J].材料工程，2010（8）：72-77.