高碳钢控冷过程中偏析成分的相变行为

高碳钢控冷过程中偏析成分的相变行为

82b热带是生产高强度、高耐度、低松树性能钢丝绳或钢弓的主要原材料。这些产品主要用于桥梁、大桥、高层建筑、水库、核电站、隧道等重要建设项目。所以,线材制品厂对其原料的要求是非常严格的。武钢有多年采用200mm×200mm×6000mm连铸坯生产82B盘条的历史。但其用户所提质量异议最多的是拉拔和铰线后塑性检验不合格,其中最多的是检验后呈尖状断口,每年脆断质量异议达70%左右,这一点严重制约了该厂高碳钢生产的发展,因此,必须尽快对尖状断口的形成机理进行探讨,并提出具体的解决措施。182铁水脱硫废水吹炼工艺武钢82B热轧盘条的标准化学成分见表1,其生产工艺流程为:铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉升温精炼→VD炉真空脱气→方坯连铸→方坯检查→加热→高线轧制→控冷→检验→入库。2试验结果的分析图1(a)是尖状断口的照片。对尖状断口处用电子探针分析其成分,结果见表2,可看出马氏体处Mn、Cr、Si的偏析程度。图2是盘条中心部位的马氏体组织(白色区域)。为了确定82B钢铸坯碳的实际偏析程度,在现场随机取7个炉号,每炉钢(100t)在中间坯上取一个试样,试样尺寸为200mm×200mm×400mm。从每个试样长度方向的中间横剖,如图3所示,在试样横截面上划线,并标出中心点和其它8个方向上的点,每个方向上的点分别距中心点5、10、15、20、25、30mm,之后在这些点钻取铁屑化验碳含量,7个试样共343个点,每个试样碳含量最高的点不一定在中心点(O点),但基本上都在O点的周围5~10mm,这与连铸时连铸坯上下表面二冷水的强度有关,因为二冷水的强度与柱状晶的厚度有关,即与铸坯最后凝固点的位置有关。表3示出了7个试样的343点中w(C)>0.82%的部位和试样编号,共有39个点的w(C)>0.82%,即发生了碳的正偏析。尖状断口的形成是由于中心马氏体在拉拔过程中与周围的索氏体变形抗力和塑性不一致,马氏体颗粒不易变形,导致马氏体颗粒周围应力集中,从而出现沿马氏体颗粒边缘的裂纹,并在拉拔过程中形成人字形微裂纹,见图1(b)。因为高碳钢的偏析是不可避免的,无论采取什么方法,只能减轻偏析,不能消除偏析。因此,研究多大的偏析不影响钢的组织、性能和质量,对高碳钢盘条的生产具有很大的实际意义。3c、p的偏析指数根据表3,平均C的偏析指数为1.18,1.18×0.82=0.96,因此2号钢的碳的质量分数定为0.82%~0.96%,取平均偏高的值为0.92%。取C的偏析指数为1.41,则1号钢的碳的质量分数取为1.16%。两种钢其它元素的含量根据对尖状断口处电子探针的分析结果确定,最后在实验室炼制出来的偏析钢的成分见表4。试样尺寸为ϕ8mm×12mm的热模拟试样,在Gleeble2000热模拟实验机上加热到900℃奥氏体化5min,然后以不同的冷却速度进行冷却,得到不同冷却速度下的组织,见表5。4cct指数的确定根据试验结果绘制钢的CCT曲线,并对正常和偏析的82B钢的CCT曲线进行比较,见图5。由图5可看出,随着C、Si、Mn、Cr含量的增加,CCT曲线向右移。表4中的Ceq=ω(C)+ω(Mn)/6+(ω(Cr)+ω(Mo)+ω(V))/5+(ω(Cu)+ω(Ni))/15。用偏析钢的碳当量比上正常82B钢的碳当量作为综合偏析指数,以衡量各元素对钢的CCT曲线位置的影响,特别是82B钢中Mn和Cr的影响。一般来说根据钢的CCT曲线可以推知钢的淬透性,钢的CCT曲线越右移,淬透性越大。由表5看出,正常82B钢的冷速应在2~5℃/s,此时钢的强度满足要求,索氏体化也最高;2号偏析钢不出现马氏体的冷速为≤2℃/s,因为盘条中心在控制冷却中的冷速比边缘要小,因此,适当调整控冷工艺,就可在铸坯中心碳偏析指数不大于0.92/0.82=1.12及综合偏析指数不大于1.20的情况下,在控冷时,盘条中心比正常82B钢稍后一点形成正常组织,不会形成马氏体。若铸坯中心碳偏析指数大于1.12及综合偏析指数大于1.20,在盘条控冷时,中心部分要形成正常组织,就要使盘条中心的冷却速度比盘条其它部位的冷速慢得多(≤0.5℃/s),见表5,这实际上办不到,因此在此种情况下会形成中心马氏体,因为盘条的直径只有5.5~20mm,为了得到正常组织,该钢必须轧后快冷,这就使盘条中心不会比其它部位的冷速慢得多,只可能稍慢一点。因此,可初步判定该钢的最高铸坯中心碳偏析指数不应大于1.12及综合偏析指数不应大于1.20。5没采用或无符合(1)降低钢水的过热度;(2)末端电磁搅拌(武钢此装置不好用);(3)轻压下;(4)重压下(没采用)。通过采用降低钢水过热度和轻压下的措施,82B钢铸坯中心的碳偏析得到明显改善,平均偏析系数达到1.06,偏析系数小于1.10的比率稳定在70%以上。通过采取改进的操作工艺(低钢水过热度、低拉速、轻压下),82B钢线材中马氏体的级别明显下降,因马氏体而发生的尖状断口的质量问题也很少发生,见表6。6碳偏析指数低时分析模型,易产生尖状断口。u(1)连铸坯中心的成分偏析是导致82B线材中心产生马氏体,从