SNB16耐熱冷鐓鋼奧氏體連續冷卻轉變行為研究

翟瑞銀,金　峰,趙社平

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.研究院,上海　201900; 2.鋼管條鋼事業部,上海　200941)

?

SNB16耐熱冷鐓鋼奧氏體連續冷卻轉變行為研究

翟瑞銀1,金峰1,趙社平2

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.研究院,上海201900; 2.鋼管條鋼事業部,上海200941)

采用Gleeble熱模擬機檢測了SNB16耐熱冷鐓鋼在不同冷卻速度下的轉變熱膨脹曲線,結合金相顯微鏡的組織觀察結果,繪制了SNB16熱變形奧氏體連續轉變過程的CCT曲線。對比分析了SNB16、SCM435、ML40Cr冷鐓鋼相近冷卻速度下得到組織的組成和硬度。SNB16耐熱冷鐓鋼的CCT曲線,為該品種盤條工業生產的冷卻工藝制定提供了理論依據,使寶鋼順利生產出滿足用戶使用要求的SNB16耐熱冷鐓鋼盤條。

耐熱冷鐓鋼; CCT曲線; 奧氏體

汽車行業高性能化和輕量化的發展,對汽車零部件的質量、品種的要求將會更高。發動機是汽車最重要的部件之一,也是汽車高性能化發展的重點,因而圍繞汽車發動機的零部件及緊固件的要求也在提高。SNB16是JIS4107的標準牌號,屬于中碳合金結構鋼,具有較強的抗高溫氧化性能和高溫強度,在汽車上常用于發動機與排氣歧管間的連接螺栓。

本文利用實驗室研究手段,測試分析了SNB16鋼奧氏體化連續轉變行為,對不同冷卻條件得到的轉變產物進行了分析,并檢測相應的性能,為該品種盤條工業生產的冷卻工藝制定提供了理論依據,并在工業生產得到了應用。

1　試驗方法

試驗材料的主要化學成分為0.37%C、0.50%Mn、0.71%Cr等的耐熱冷鐓鋼。試樣利用Gleeble熱模擬試驗機,試樣加熱、冷卻工藝見圖1。以20 K/s的加熱速度加熱到1 050 ℃,保溫600 s后以10 K/s速度降溫到930 ℃,保持10 s后以20 s-1變形率、30%變形量將試樣壓縮,再保持10 s后以20 s-1變形率、30%變形量將試樣壓縮,變形后的試樣以10 K/s速度降溫到830 ℃。

830 ℃保持10 s后,試樣分別以10、5、2、1、0.5、0.2K/s的速度冷卻,利用試樣相變過程中的熱膨脹確定相變溫度,利用金相顯微鏡分析轉變后的金相組織,利用硬度計檢測轉變后組織的性能。

2　試驗結果及討論

2.1SNB16臨界點

SNB16耐熱冷鐓鋼臨界點測量結果為,Ac3=816 ℃、Ac1=762 ℃、Ms=322 ℃。而文獻[1]檢測的ML40Cr鋼的Ac3、Ac1分別為788 ℃、743 ℃,文獻[2]檢測的SCM435鋼的Ac3、Ac1分別為796、745 ℃。可見,由于含有較高的Mo,同時含一定量的V,SNB16的臨界轉變溫度高于不含Mo的ML40Cr及含Mo量比較低的SCM435冷鐓鋼。

2.2SNB16耐熱鋼的CCT曲線

變形條件下得到的SNB16連續冷卻轉變曲線(CCT)見圖2。

由圖2可見,SNB16變形后冷卻速度小于0.5 K/s,得到的是鐵素體和珠光體組織;冷卻速度為0.5～1.0 K/s時鐵素體和珠光體組織中出現貝氏體;冷卻速度大于1.0 K/s,組織中存在一定比例的馬氏體相,冷卻速度越快,馬氏體比例越高;冷卻速度達到2.0 K/s以上時,組織中鐵素體和珠光體組織消失,呈現的為貝氏體和馬氏體組織;冷卻速度到10.0 K/s以上時,組織中的馬氏體比例已經上升到90%以上。圖3為ML40Cr和SCM435鋼CCT曲線。對比圖2、3可見,SNB16合金含量高于ML40Cr和SCM435,因而其淬透性也高于這兩個鋼種,高線軋制時的組織控制難度也高。

2.3冷卻速度對組織的影響

不同冷卻速度下,SNB16試樣得到的組織形貌見圖4。由圖4可知,奧氏體化變形后的SNB16,在不同的冷卻速度下得到的組織特征不同。在0.2 K/s很低的冷卻速度下,SNB16得到的是鐵素體和珠光體的組織,兩相比例大致各50%;而冷卻速度加快到0.5 K/s,SNB16在鐵素體和珠光體組織中出現了大量的貝氏體及少量馬氏體,馬氏體含量小于5%,其余三相大致各占30%左右;隨著冷卻速度的增加,SNB16組織中的鐵素體、珠光體比例逐步減少,如圖4(c)、(d),至2 K/s的冷卻速度時,SNB16組織已經由70%貝氏體和30%馬氏體構成;至10 K/s的冷卻速度,SNB16組織中馬氏體的比例已經大于90%。

對比ML40Cr、SCM435[1,3],ML40Cr要在冷卻速度達到20 K/s以上,組織顯示才以馬氏體為主,而SCM435要到冷卻速度達到25 K/s以上。可見,相近冷卻速度的條件下,SNB16出現貝氏體、馬氏體的冷卻速度要慢很多。

2.4冷卻速度對性能的影響

圖5給出了SNB16在不同冷卻速度下試樣的硬度,由文獻[1]檢測的ML40Cr不同冷速下得到的硬度也一并在圖5中顯示。由圖5可見,即使是在冷卻速度很低時得到的鐵素體和珠光體組織狀態下,由于SNB16試樣的Mo、V合金強化,與ML40Cr試樣比,硬度也高;相近冷卻過程得到的試樣硬度,SNB16比ML40Cr高近100(HV);但截至全部馬氏體轉變前的冷卻速度,兩種材料的硬化率相差不大。

3　工業應用效果

汽車用高等級、高強度緊固件一般的生產工藝流程為:線材→球化退火→酸洗→磷化→皂化→拉拔→(二次球化退火)→冷鐓→滾絲→表面檢查→調質處理→檢驗入庫。因而冷鐓鋼盤條的控冷工藝要保證盤條的組織均勻,具有良好的綜合力學性能,為后工序球化退火創造好的組織基礎。

SNB16工業生產設計加熱爐出鋼溫度為1 050～1 090 ℃、高線軋制吐絲溫度為820～850 ℃,斯太爾摩冷卻線保持較低的冷卻速度。得到的φ12規格SNB16力學性能見表1。盤條晶粒度10級,盤條金相組織見圖6。工業生產SNB16組織控制結果(圖6)顯示,SNB16盤條組織基本為貝氏體組織,存在少量的馬氏體組織,組織控制均勻,可以滿足用戶的加工要求。

SNB16用戶球化退火后,硬度降到了177(HV),可以滿足拉拔、冷鐓的生產要求,生產的SNB16緊固件,已經應用于汽車發動機與排氣歧管的連接螺栓。

表1　 SNB16力學性能

4　結論

(1) 通過熱模擬機,利用膨脹法結合合金相組織分析獲得了SNB16鋼的CCT曲線。

(2) SNB16淬透性比SCM435、ML40Cr高,相近冷卻速度得到的組織硬度也要高。

(3) 為獲得SNB16盤條良好的組織和機械性能,連續冷卻速度應低于1 K/s。

(4) 寶鋼生產實踐及產品應用結果表明,SNB16盤條可以滿足下游企業緊固件的加工要求。

[1]高秀華,龐波,齊克敏,等.冷鐓鋼ML40Cr盤條奧氏體連續冷卻轉變曲線[J].熱加工工藝,2006,35(14):38-40.

[2]徐東,朱苗勇,唐正友,等.SCM435鋼奧氏體連續冷卻轉變行為[J].東北大學學報(自然科學版),2013,34(3):356-359.

[3]王建安,馬志軍,曹樹衛,等.SCM435冷鐓鋼線材的控冷工藝研究[J].金屬制品,2007,33(5):37-39.

專利信息

一種低碳抗CO2正火態無縫管線管及其制造方法

專利號：ZL201610025494.8

專利權人：寶山鋼鐵股份有限公司

設計人：陳弘浩劉耀恒許軻

一種低碳抗CO2正火態無縫管線管及其制造方法，該管線管的化學成分的質量分數為wC：0.04%～0.08%，wSi：0.1%～0.5%，wMn：0.2%～0.6%，wN：0.01%～0.02%；wCr：2.5%～3%，wV：0.06%～0.1%，wS≤0.004%，wP≤0.02%，wAl：0.01%～0.1%，wO≤0.01%，其余為Fe和不可避免的雜質，且上述元素需同時滿足如下關系：4≤wV/wN≤7，1≤w(V+N)/wC≤2.5，150≤wCr/wN，且Pcm<0.24。經過冶煉、鍛造或軋制成管坯，再穿孔、熱軋成荒管后，通過正火處理得到本發明的無縫管線管。無縫管線管的屈服強度≥245 MPa，-40 ℃沖擊功>200 J，同時具有良好的抗CO2、抗H2S性能，可應用于在含有CO2和H2S的石油天然氣田中作為集輸、排污、放空管線使用。

(寶山鋼鐵股份有限公司規劃與科技部供稿)

Research on transformation behavior of austenite continuous cooling of SNB16 heat resistant cold heading steel

ZHAI Ruiyin1, JIN Feng1and ZHAO Sheping2

(1.Research Institute,Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd., Shanghai 201900, China;2.Tube,Pipe & Bar Business Unit,Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd., Shanghai 200941, China)

By measuring the dilatometric curve of SNB16 heat resistant cold heading steel under different cooling speed with Gleebe thermo-mechanical simulator and considering the metallographic microscope microstructure observation results,the CCT curve of SNB16 of hot deformed austenite continuous transformation was measured. The composition and hardness of the microstructure at similar cooling rate of SNB16,SCM435,ML40Cr cold heading steel was comparative analyzed. The CCT curve of SNB16 heat resistant cold heading steel was applied to the cooling process engineering at Stelmor process at Baosteel,the SNB16 heat resistant cold heading steel wire rod has been produced.

heat resistant cold heading steel; CCT curve; austenite

TG151.1

B

1008-0716(2016)05-0066-04

10.3969/j.issn.1008-0716.2016.05.014

2016-05-17)

翟瑞銀高級工程師1965年生1987年畢業于北京鋼鐵學院

現從事長材產品開發電話26647044

E-mailzhairuiyin@baosteel.com