終軋溫度和卷取溫度對51CrV4熱軋板組織性能的影響研究

何翠萍，彭 歡，王承劍

(馬鋼股份公司技術中心 安徽馬鞍山 243000)

51CrV4作為高等級彈簧鋼，因熱處理后具有較好的淬透性、抗彈性減退性以及疲勞性能，被廣泛應用于汽車碟形彈簧、彈簧卡箍等制造。

51CrV4用于碟形彈簧等制造，往往需要熱軋→酸洗→冷軋→球化退火→淬火→回火熱處理等工序，其熱軋態組織主要為珠光體，不同的控軋控冷工藝會直接影響到珠光體微觀結構，進而影響到后續冷軋軋制難易程度、球化退火生產效率以及最終熱處理態的組織性能均勻性等。目前關于51CrV4的研究主要集中在相變規律、脫碳層控制、熱處理工藝等方面，關于控軋控冷工藝參數對其熱軋板組織、性能的影響相對較少。因此，本文以51CrV4彈簧鋼為研究對象，分析終軋溫度、卷取溫度對其熱軋板的顯微組織和力學性能的影響規律，為制定其合理的熱軋工藝參數提供參考，為后續獲得良好球化效果奠定基礎。

1 試驗材料及方法

試驗材料為中試實驗室冶煉、鍛造的51CrV4矩形坯，尺寸為40 mm(厚)×200 mm(寬)×220 mm(長)，化學成分如表1所示。

表1 試驗鋼化學成分(wt., %)

試驗材料軋制在?500兩輥可逆軋機上進行，采用兩階段控制軋制工藝，控軋控冷工藝如下：將矩形坯放入箱式電阻爐加熱至1100 ℃，保溫90 min；為研究終軋溫度和卷取溫度對試驗鋼組織、力學性能的影響規律，采用相同軋制道次、相同道次壓下率，6種不同的軋制工藝進行軋制，成品厚度均為4 mm，控軋控冷工藝參數見表2所示。

表2 試驗鋼控軋控冷工藝參數

將不同軋制工藝空冷至室溫的鋼板，在板寬方向中間位置切取12 mm×10 mm×4 mm的金相試樣，試樣切割后經過超聲波清洗、鑲嵌、研磨、拋光、4% 硝酸+96%酒精腐蝕后，在金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)下觀察顯微組織。根據GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸室溫試驗方法》要求，沿鋼板縱向制備標準拉伸試樣，在Z150電子拉伸試驗機進行力學性能檢驗。

2 試驗結果與討論

2.1 終軋溫度對試驗鋼顯微組織、力學性能的影響結果與分析

2.1.1 終軋溫度對試驗鋼顯微組織的影響結果與分析

相同開軋溫度、卷取溫度情況下，不同終軋溫度對應的試驗鋼組織如圖1所示。工藝1、2、3對應的組織均為珠光體和少量鐵素體，隨著終軋溫度升高，工藝1、2、3對應的珠光體片間距分別為0.15 μm、0.18 μm、0.25 μm，珠光體片間距增加66.67%。分析其原因，主要由于終軋溫度升高，軋制變形后奧氏體晶粒尺寸相對粗大，經過相同冷卻、卷取工藝后，由奧氏體轉變的珠光體晶粒尺寸和珠光體片間距也相對粗大。

圖1 不同終軋溫度下對應的試驗鋼掃描圖片

2.1.2 終軋溫度對試驗鋼力學性能的影響結果與分析

相同開軋溫度、卷取溫度情況下，不同終軋溫度對應的試驗鋼的力學性能如表3所示。隨著終軋溫度的升高，試驗鋼的屈服強度、抗拉強度、洛氏硬度分別降低10.68%、6.79%、5.93%，延伸率升高14.74%，其主要由于終軋溫度升高，試驗鋼的珠光體晶粒尺寸、片間距依次增加，進而試驗鋼的強度、硬度下降，延伸率升高。

表3 不同終軋溫度下對應的試驗鋼的力學性能

2.2 卷取溫度對試驗鋼顯微組織、力學性能的影響結果與分析

2.2.1 卷取溫度對試驗鋼顯微組織的影響結果與分析

相同開軋溫度、終軋溫度情況下，不同卷取溫度對應的試驗鋼組織如圖2所示。卷取溫度為600℃-700 ℃對應的組織均為珠光體和少量鐵素體，隨著卷取溫度的升高，工藝4、2、5對應的珠光體片間距分別為0.12 μm、0.18 μm、0.33 μm，珠光體片間距增加175%。相關研究表明，珠光體片間距和珠光體相變過冷度成反比，珠光體相變溫度越高，過冷度越小，珠光體片層間距增加。因此，相同開軋溫度、終軋溫度情況下，卷取溫度升高，珠光體相變過冷度減小，珠光體片間距增加。

圖2 不同卷取溫度下對應的試驗鋼掃描圖片

2.2.2 卷取溫度對試驗鋼力學性能的影響結果與分析

相同開軋溫度、終軋溫度情況下，卷取溫度為600 ℃-700 ℃時對應的試驗鋼的力學性能如表4所示。隨著卷取溫度的升高，試驗鋼的屈服強度、抗拉強度、洛氏硬度分別降低9.28%、11.05%、6.30%，延伸率升高16.44%。卷取溫度升高，珠光體片間距依次增加，進而試驗鋼的強度、硬度依次降低。

表4 不同卷取溫度下對應的試驗鋼的力學性能

3 結論

相同開軋溫度、卷取溫度情況下，終軋溫度為800 ℃-900 ℃時，試驗鋼組織均為珠光體和少量鐵素體，隨著終軋溫度升高，珠光體片間距增加66.67%，屈服強度、抗拉強度、洛氏硬度分別降低10.68%、6.79%、5.93%，延伸率升高14.74%。

相同開軋溫度、終軋溫度情況下，卷取溫度為600 ℃-700 ℃時，試驗鋼的組織均為珠光體和少量鐵素體，隨著卷取溫度的升高，珠光體片間距增加175%，屈服強度、抗拉強度、洛氏硬度分別降低9.28%、11.05%、6.30%，延伸率升高16.44%。