不同軋制冷卻工藝對F38MnS6鋼性能的影響

李占陽， 崔 冕

(江蘇蘇鋼集團蘇州蘇信特鋼有限公司，江蘇 蘇州 215151)

引 言

非調質鋼上世紀70年代起源于德國，已經廣泛應用于汽車曲軸、連桿、轉向節等關鍵部件，其代表鋼種為49MnVS3，目前已經逐步被38系列鋼種取代。

曲軸是汽車發動機中最重要的部件之一，為汽車動力輸出的主要載體，曲軸工作中承受彎曲、扭轉載荷的作用，因此要求曲軸有足夠的強度和韌性。目前，蘇信特鋼有限公司(以下簡稱“蘇鋼”)采用常規軋制工藝生產的F38MnS6鋼力學性能往往都偏低，屈服強度多在450～455 MPa，抗拉強度多在750～760 MPa之間；此產品為鍛造非調質鋼，客戶后續經鍛造、控冷后力學性能會提升，可達到成品要求。為了保證原材料的實物質量水平，蘇鋼優化了棒材軋制緩冷前的冷卻速率，以提升其力學性能，更好地滿足客戶要求。

1 主要生產工藝

1)蘇鋼生產F38MnS6鋼材的工藝流程如下：

高爐鐵水→100 t電弧爐EAF→精煉爐LF→真空脫氣VD→CCM連鑄(電磁攪拌)→連鑄坯緩冷→步進式加熱爐→軋制Ф100 mm鋼材(往復式軋機)→緩冷→精整。

2)F38MnS6鋼材軋制工藝制度如下：

采用240 mm×240 mm方坯軋制成材。加熱爐預熱段溫度≤900 ℃，加熱溫度1180～1200 ℃，保溫時間在3～5 h。開軋前坯料經表面除鱗，開軋溫度≥1050 ℃，經過初軋、中軋、精軋三機架軋機軋制為Ф100 mm鋼材。

2 主要技術要求

1)F38MnS6鋼的協議熔煉化學成分要求如表1所示。

表1 F38MnS6鋼的協議熔煉化學成分/%

2)鋼材成品性能要求如表2所示。

表2 F38MnS6鋼的力學性能要求(熱軋態)

3)熱軋態鋼材成品顯微組織應為珠光體+鐵素體，不允許有馬氏體和貝氏體存在。

3 試驗方法及結果分析

3.1 熔煉化學成分

冶煉化學成分按協議要求的中、上限控制，本次試驗冶煉化學成分不做改進，實際化學成分如表3所示。

表3 F38MnS6鋼的熔煉化學成分/%

3.2 緩冷試驗方案

此次試驗重點改變軋制后的冷卻工藝，試驗方案如下：

試驗方案1：精軋控溫，軋制溫度≤850 ℃，常規緩冷。

試驗方案2：精軋控溫，軋制溫度≤850 ℃，軋后在冷床上采用吹風+水霧冷卻。

常規軋制工藝：精軋不控溫，實際進入精軋溫度在930 ℃，進入冷床溫度在760 ℃左右，軋后正?？绽洹?/p>

3.3 試驗實施情況

試驗方案1：爐號096鋼坯軋制棒材，待其表面溫度降到850 ℃后進行精軋，鋸切后鋼材表面溫度710 ℃左右。

試驗方案2：爐號097鋼坯軋制棒材，待其表面溫度降到850 ℃后進行精軋，鋸切后采用三臺風機吹風+水霧冷卻，冷卻90 s后，下冷床后緩慢冷卻(入冷床鋼材表面溫度約640 ℃左右)。實際生產冷卻現場情況如圖1所示。

3.4 顯微組織與力學性能

3.4.1 熱軋態顯微組織

三種方案情況下，鋼材表面及半徑1/2處的顯微組織均為鐵素體+珠光體，未出現馬氏體或貝氏體，均滿足客戶要求，如圖2～4所示。

3.4.2 力學性能

不同冷卻條件下鋼材縱向力學性能如表4所示(取樣位置為距鋼材表面半徑1/2處)。

3.5 試驗結果分析

(1)常規軋制工藝與試驗方案1條件下，軋制鋼材的強度無明顯差別，均接近技術要求的下限，容易發生客戶進廠復驗熱軋態性能不合格風險。生產過程中，這兩種方案的鋼材下冷床表面溫度實測分別約為760 ℃和710 ℃；而經過計算，該鋼種的Ac3溫度約為785 ℃，Ac1溫度約為730 ℃。試驗方案1條件下棒材下冷床表面溫度710 ℃，心部溫度往往在730 ℃以上。所以，以上兩方案生產的棒材下冷床后冷卻緩慢，內部組織將繼續發生轉變，導致鋼中先共析鐵素體含量偏高，珠光體片間距大，使棒材的強度偏低。

圖1 吹風+水霧冷卻

圖2 常規軋制工藝熱軋態顯微組織

圖3 試驗方案1條件下熱軋態顯微組織

圖4 試驗方案2條件下熱軋態顯微組織

(2)試驗方案2條件下，棒材強度結果較理想，比客戶的性能要求高40～50 MPa，富余量較多。這主要是因為棒材經鋸切后采取了快速冷卻方式，使鋼材下冷床表面溫度降低到640 ℃，遠低于Ac1溫度，減少了先共析鐵素體含量，增加了珠光體含量和減小了其片間距，使棒材的強度增加。

(3)三種方案條件下棒材顯微組織表明，常規軋制工藝及試驗方案1的顯微組織無明顯差異，試驗方案2的鐵素體含量要比常規軋制工藝和試驗方案1要少，晶粒更細小，晶粒度約為8級，因此強度較高。

4 結束語

(1)采用控軋、控冷工藝，精軋控溫≤850 ℃，軋后采用吹風+水霧冷卻工藝，減少了先共析鐵素體含量，強度提升明顯、富余量較多，很好地滿足了協議技術要求，比常規軋制工藝的強度提升了40～50 MPa。

(2)三種方案中的鋼材顯微組織為鐵素體+珠光體，未出現異常組織。

(3)常規軋制工藝和試驗方案1條件下的棒材強度無明顯差別，均靠近協議技術要求下限，容易發生客戶進廠復驗熱軋態性能不合格風險。