40Cr冷鐓鋼盤條錠型偏析原因分析

馬立國，郭大勇，寧東，羅建華，韓立濤，車安

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021；3.鞍鋼股份有限公司線材廠，遼寧鞍山114021）

40Cr冷鐓鋼盤條錠型偏析原因分析

馬立國1，郭大勇1，寧東2，羅建華2，韓立濤3，車安3

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021；3.鞍鋼股份有限公司線材廠，遼寧鞍山114021）

通過成分線掃描、硬度測量、金相組織檢驗等方法，對鞍鋼生產的40Cr冷鐓鋼盤條產生的錠型偏析缺陷成因進行了分析。線掃描結果顯示，盤條Mn、Si、P、S、Cr元素分布均勻，C元素分布不均；盤條錠型區域硬度值最高，珠光體較多，C元素富集。試驗結果表明，盤條C元素分布不均是導致錠型偏析的主要原因。

冷鐓鋼；40Cr盤條；錠型偏析

40Cr合金冷鐓鋼用于制造10.9級以上高強度緊固件，具有強度高、淬透性好等優點，廣泛應用到建筑、機械、船舶、電子、汽車等行業。寶鋼、臺灣中鋼、韓國浦項等企業生產的40Cr等合金冷鐓鋼盤條質量好，價格高，是國內企業生產高強度、高質量緊固件的原材料主要供應商；而邢鋼等企業憑借地域、價格、售后等優勢條件，在冷鐓鋼盤條市場中也占有重要地位。鞍鋼股份線材廠具備生產規格40Cr冷鐓鋼盤條的工藝條件，但因不具備輕壓下、緩冷、在線清理等技術，盤條質量無法得以保證，生產的40Cr冷鐓鋼盤條出現了錠型偏析缺陷。本文對r 冷鐓鋼盤條進行組織及成分分析，研究盤條錠型偏析缺陷的成因，為克服這一缺陷提供依據。

1　40Cr冷鐓鋼盤條生產工藝及成分要求

40Cr冷鐓鋼盤條生產工藝為：

鐵水預處理→100 t轉爐冶煉→LF爐精煉→喂絲→280 mm×380 mm方坯連鑄（結晶器電磁攪拌）→155 mm×155 mm連軋坯→步進式加熱→高速線材軋制→冷卻→線材成品。

40Cr冷鐓鋼盤條化學成分控制要求見表1。

表1　40Cr冷鐓鋼盤條化學成分（質量分數）　%

2　盤條錠型偏析宏觀形貌

從圖1看出，盤條表面出現方框形錠型偏析，類似280 mm×380 mm的鑄坯形狀。盤條中的方框形錠型偏析是連鑄坯元素偏析遺留下來的，是凝固過程中鋼水流動傳熱和溶質再分配的結果。

3　錠型偏析原因分析及采取的措施

3.1盤條成分分析

利用EPMA 1610型電子探針對盤條試樣沿圖2所示錠型偏析長方形長邊中線方向進行C、Mn、Si、P、S、Cr元素線掃描分析，分析結果見圖2。從圖中可以看出，Mn、Si、P、S、Cr元素分布均勻，無明顯偏析現象；C元素存在M型偏析分布，即盤條中心對應C元素最低點，說明C元素負偏析；圖1中顯示較黑的區域對應C元素較高，說明C元素正偏析。

3.2盤條組織分析

對5D4740、5D4741、6D4821三爐鋼分別取盤條樣，按照HV5硬度測量方法沿冷鐓鋼盤條錠型黑色區域長邊中線方向等距離取8點測量硬度，取樣位置見圖3，硬度值見圖4。

從圖4可以看出，盤條心部位置點4、5硬度最小，方形黑色區域3、6硬度最大，邊部點1、2、7、8硬度居中，最大、最小硬度差為20。由電子探針分析結果可知，方形黑色區域的C含量較高，C增加時滲碳體含量隨之增加，而滲碳體較鐵素體是硬相，因此該區域硬度高。這一結果也證明了C元素分布不均是導致盤條錠型偏析的主要原因。

采用Axiovert 200 MAT金相顯微鏡觀察盤條試樣表面和心部組織，分別對表面脫碳層進行測量，盤條表面和中心組織形貌見圖5、圖6。

圖5顯示，盤條基體組織為鐵素體+珠光體+少量索氏體，表面晶粒度為11.5級，有輕微脫碳現象，盤條表面光滑，無折疊、劃傷、微裂紋等缺陷。圖6為40Cr冷鐓鋼盤條中心組織形貌。

圖6（a）顯示，盤條正常處鐵素體組織較多；圖6（b）顯示，偏析處珠光體組織較多。盤條在冷鐓成型工藝中要承受70%的變形量，因此要求組織應具有良好的塑性、韌性，同時還要滿足熱處理后緊固件的高強度要求。盤條表面質量好，可以減少冷鐓工藝生產中的產品表面開裂現象，提高成品率。

3.3盤條力學性能分析

40Cr冷鐓鋼盤條力學性能檢驗結果見表2。由表2可見，40Cr冷鐓鋼盤條各項技術指標檢驗表明，盤條直徑符合GB/T14981中的C級精度，鋼的斷面收縮率較高，具有良好的冷鐓成型性，能夠滿足用戶生產高強度緊固件的要求。

表2　40Cr冷鐓鋼盤條力學性能

3.4討論

碳在鋼中的平衡分配系數為0.19～0.34，因此最先凝固的坯殼會出現很大的負偏析，而實際凝固時由于凝固速率很快，固液兩相來不及建立平衡就已完全凝固，所以在凝固鑄坯的表面一般出現的負偏析較小。

另外，Cr元素與C元素親合力較強，基本上是置換滲碳體內的鐵原子形成穩定性較高的合金滲碳體。40Cr冷鐓鋼中Cr含量在1%左右，較高的Cr元素也阻礙了C元素均勻擴散。

3.5措施及效果

針對40Cr冷鐓鋼盤條錠型偏析缺陷，在生產過程中采取的具體措施如下：

（1）鋼水過熱度由≤25℃提高到≤30℃。

（2）拉速由0.75 m/s降低到0.70 m/s。

（3）電磁攪拌電流強度從≥500 A降低到400 A。

采取上述措施后，有利于偏析元素的均勻分布，取得了良好效果。

4　結語

（1）盤條組織成分及硬度分析結果表明，C元素分布不均是導致鞍鋼r 冷鐓鋼盤條錠型偏析缺陷的主要原因。

（2）40Cr冷鐓鋼盤條基體組織為鐵素體+珠光體+少量索氏體，表面有輕微脫碳現象，無折疊、劃傷、微裂紋等缺陷；盤條正常處鐵素體組織較多，偏析處珠光體組織較多。

（3）未來40Cr冷鐓鋼盤條開發中，應著重研究過熱度、二冷水強度和拉速等因素對錠型偏析缺陷的影響，以滿足高強度、高質量緊固件的市場需求。

［1］許偉陽，曹志剛，顏慧成.齒輪鋼大方坯宏觀碳偏析及形成機制［J］.煉鋼，2011（5）：27-30.

（編輯 袁曉青）

Analysis on Segregation in Ingot for Wire Rods of 40Cr Cold Forged Steel

Ma Liguo1，Guo Dayong1，Ning Dong2，Luo Jianhua2，Han Litao3，Che An3
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009, Liaoning,China;2.General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021, Liaoning,China;3.Wire Rod Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China）

By means of linear scanning for compositions,hardness measurement,metallographic examination,the causes leading to the segregation of an ingot for wire rods of 40Cr cold forged steel produced by Ansteel are analyzed.The results by linear scanning show that the elements such as Mn,Si,P,S and Cr are in homogeneous distribution in wire rods,but the element of C is not. The hardness value of the ingot for steel wire rods is highest with more pearlite and enriched C. The experimental results show that the segregation in ingot for wire rods is mainly caused by the uneven distribution of C.

cold forged steel;40Cr wire rod;segregation in ingot

TG335

A

1006-4613（2015）02-0059-04

馬立國，碩士，工程師，2007年畢業于沈陽工業大學材料加工工程專業。

E-mail:mama_01@163.com

2014-05-06