風冷控冷參數對70#硬線鋼盤條組織性能的影響

楊海波 王超 李元廷 周大偉 陳永利

摘 要 高碳鋼盤條的塑性與盤條內部微觀組織有密切的關系，特別是組織中的索氏體和珠光體含量，其含量越高，塑性越好，拉拔性能也越好。文章以70硬線盤條作為研究對象，對斯太爾摩風冷輥道設定兩種冷卻參數進行對比分析研究。試驗結果顯示，70硬線盤條的相變過程發生在風冷輥道上，其溫度區間為530 ℃～650 ℃，在該溫度區間內，冷卻速度控制在9 ℃/s，從而可獲得更多的利于拉拔的珠光體/索氏體組織，含量可達到95%，拉拔性能優異。

關鍵詞 70#鋼 斯太爾摩風冷 控制冷卻

中圖分類號：TG335 文獻標識碼：A

0引言

前期達鋼已成功開發出中碳鋼硬線盤條，開發過程中總結了很多試驗數據和經驗。為了進一步調整產品結構以及為達鋼下步新產品開發做好技術儲備。根據市場對高碳鋼盤條的要求，盤條在吐絲后需要快速冷卻到組織相變溫度前，以獲得細小的內部晶粒組織，為下步相變提供條件；在相變過程中和相變后，采用緩慢冷卻，否則會形成影響拉拔性能的屈氏體組織和馬氏體組織，導致在拉拔過程中容易出現斷裂現象。目前達鋼已開發出適合自身高線軋制需要的斯太爾摩風冷輥道控制參數，所生產的70#硬線盤條完全符合（GB/T699-1999）《優質碳素結構鋼》標準和（GBT4354-2008）《優質碳素熱軋盤條》標準。

1試驗材料及方法

1.1試驗材料

試驗材料為采用“轉爐-LF精煉爐-連鑄”工藝生產的70#鋼連鑄坯，鋼坯尺寸為150mm2？20000mm，試驗鋼坯入爐成分見表1。

1.2試驗方法

為了探索不同風冷輥道參數設定下，風冷冷卻制度對70#鋼性能的影響，選取爐號804528作為代表，在試驗過程中，加熱爐爐內溫度均按照一個參數設定，連續軋制過程中，各水冷段控溫同樣按一個參數設定，確定最終盤條的吐絲溫度：T吐=870～880 ℃。產品規格為 6.5mm，終軋速度為98m/s。斯太爾摩風冷輥道根據輥道速度和風機風速調整，設定以下兩種參數。

1.2.1風冷輥道參數設定

根據鋼材相變CCT曲線分析，70#硬線盤條的組織轉變是發生在風冷輥道上，因此，在該輥道上的冷卻工藝對盤條的內部組織至關重要，根據達鋼的實際情況，現場風冷輥道段數與風機的對應關系，設定兩個風冷輥道參數，在這兩個參數下輥道上的保溫罩均打開。鑒于高碳鋼盤條溫降和相變轉變溫度的關系，風冷輥道參數設定僅針對前面7段。詳細參數設定見表2。

1.2.2試驗方法描述

工藝1：輥道上方的保溫罩全部打開，整個風冷輥道上的速度為0.74m/s-1.09m/s之間，風速先強后弱，風機開啟5臺，具體設定詳見表2。

工藝2：輥道上方保溫罩全部打開，整個風冷輥道上的速度為0.70m/s-0-0.82m/s之間，風速先強后弱，風機開啟4臺，具體設定詳見表2。

1.2.3盤條溫度測定

據查閱相關文獻以及其他鋼鐵企業生產70#高碳鋼的實際情況，70#高碳鋼的珠光體轉變溫度在660 ℃左右，570 ℃左右組織相變完成，說明70#高碳鋼盤條的組織轉變溫度區間為570 ℃～660 ℃之間。通過用手持測溫儀對前4段風冷輥道上的盤條進行了手動測溫，對應的溫度區間如表3。

對各測溫點的溫度進行反饋，根據現場風機風量、風冷輥道長度的布置以及風冷輥道的速度，可以計算出這兩組樣對應的冷卻速度，804528（1）盤條在2#風機到4#風機之間的冷卻速度為6 ℃/s，804528（2）盤條在2#風機到4#風機之間的冷卻速度為9℃/s。

試驗結束后，通過拉伸試驗機檢驗其屈服、抗拉強度、伸長率和斷面收縮率；再通過金相實驗分析，檢驗盤條的內部組織；最后通過手持測溫儀測到盤條在風冷輥道上各段的溫度，對其相變溫度進行理論驗證。

2試驗結果及分析

2.1力學性能

按照國家標準GB/T 699-1999進行力學性能檢測。從表4可知，70#高碳鋼的屈服強度和抗拉強度都達到了國家標準要求，其中屈服強度都達到了630以上，抗拉強度都達到925MPa以上，伸長率和斷面收縮率也滿足國標要求。

2.2金相組織

軋材的金相組織如圖1和圖2所示，從檢測的金相組織看出，這兩組樣的金相組織均為利于拉拔的鐵素體+珠光體組織，未出現影響盤條拉拔性能的其他有害組織。圖1中，奧氏體的晶界處均分布有鐵素體組織，成斷續的網狀，晶粒尺寸較大，這主要是由于盤條在吐絲后，沒有得到快速冷卻，內部原始的奧氏體尺寸長大，后續在3-6號處的風機風速又降低導致。圖2所獲得的珠光體/索氏體組織較圖1更多，這主要是由于吐絲后快速冷卻，同時在組織相變點前也進行快速冷卻，防止奧氏體晶粒在該過程中急劇長大，但也要防止屈氏體組織和馬氏體組織的出現，在此過程中，要精細控溫，從而更多的利于拉拔的珠光體/索氏體組織。

2.3冷卻速度

從本次試驗高碳鋼盤條的物理性能和金相組織可以看出，這兩組樣中，第二組樣的性能和金相組織最優，這說明70#高碳鋼盤條的組織轉變溫度區間為530 ℃～650 ℃之間。同時，可以得出風冷輥道上70#高碳鋼盤條的冷卻速度最好控制在9 ℃/s。

3結論

通過在既有的70#高碳鋼化學成分的基礎上，軋鋼吐絲機前所有參數一致的前提下，調整風冷輥道參數，分析其力學性能和金相組織，再結合風冷輥道的冷卻速度可以得出以下結論。

（1）在該風冷輥道控制參數下，70#硬線盤條力學性能完全滿足國家標準GB/T 699-1999的要求，在吐絲機前參數一定的條件下，按照工藝2的風冷輥道參數控制，70#鋼內部組織中，盤條內部利于拉拔的高塑性組織珠光體和索氏體含量更高。

（2）70#高碳鋼盤條的相變是發生在風冷輥道上，且相變開始前風冷輥道應以大風量快冷，防止過冷奧氏體晶粒長大，同時能夠降低盤條二次氧化和表面氧化鐵皮。

（3）70#高碳鋼盤條相變過程發生在530 ℃～650 ℃之間，在該溫度區間內，合理控制輥道速度和風機風速的匹配，使盤條冷度控制在9 ℃/s左右，從而理想的拉拔效果。

參考文獻

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