65#高碳硬線鋼加熱行為探究

陳歡 張亞君 張全慶 楊紅來

摘 要：鑄坯加熱溫度及時間是軋制工藝中主要參數之一，通過探究65#高碳硬線鋼的加熱行為，從而為65#高碳硬線鋼鑄坯加熱工藝制定提供理論依據和技術指導。實驗結果表明：隨著加熱溫度的升高、保溫時間的加長，其脫碳層深度逐漸增加;其晶粒尺寸與加熱溫度之間滿足拋物線函數關系，在實驗溫度范圍內加熱時，晶粒尺寸隨保溫時間基本保持線性增大關系，在1000～1150℃加熱溫度，保溫時間在30～90min以內，沒有發現晶粒異常長大現象。根據實驗結果，并結合生產設備實際及控軋控冷工藝要求，制定出65#鋼加熱溫度工藝，較好的滿足了65#高碳硬線鋼軋制生產要求。

關鍵詞：65#鋼;加熱行為;脫碳層;晶粒尺寸

引 言

65#鋼作為中高碳彈簧鋼，經適當熱處理或冷作硬化后具有較高強度、硬度及彈性，主要用于制造彈簧、彈簧圈、各種墊圈、離合器等[2]。高碳鋼盤條的主要生產工藝流程包括鑄坯加熱、粗軋、中軋、預精軋、精軋、冷卻、成品，軋制工藝主要包括把鋼坯加熱到合適的溫度，在軋制過程中控制變形溫度、變形速率以及變形量，對奧氏體晶粒尺寸大小和再結晶過程進行有效控制，為熱軋后相變、進而為獲得理想的組織結構創造良好的條件。

鑄坯加熱溫度及時間是軋制工藝中主要參數之一，加熱溫度控制是否合理會直接影響到鑄坯的內部質量和初始奧氏體晶粒尺寸，從而影響軋制過程高碳硬線鋼中奧氏體再結晶過程、變形后奧氏體晶粒狀態及最終的力學性能。因此，通過探究65#高碳硬線鋼的加熱行為，從而為65#高碳硬線鋼鑄坯加熱工藝制定提供理論依據和技術指導。

1 ?實驗方案

實驗鋼種為65#鋼，其化學成分見表1所示，原始金相組織形貌見圖1所示。

實驗在CQ-G83型高溫程控馬弗爐中進行，在160mm×160mm×20mm（鑄坯連鑄方向）的65#鋼連鑄坯高度方向上取20mm×30mm（鑄坯高度方向）×20mm（鑄坯連鑄方向）的試樣，保留鑄坯表面。

實驗方案：取四組試樣分別以加熱溫度：1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，保溫時間為30min，軋制后，取樣做對比分析。

馬弗爐到溫后試樣入爐，按實驗方案設計的加熱時間保溫后取出，在空氣中冷卻。冷卻至室溫后制成金相試樣后用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，用OLYMPUS BX51M光學顯微鏡觀察其顯微組織照片，使用直線截點法確定不同條件下的奧氏體晶粒尺寸;在光學顯微鏡下進行定量統計分析奧氏體晶粒平均尺寸隨加熱溫度及保溫時間的變化規律。

2 ?實驗結果及分析

2.1 ?加熱溫度對脫碳層深度的影響

65#鋼實驗樣在不同的加熱溫度下保溫30min后冷卻到室溫得到的顯微組織，見圖2所示。由圖可知，隨著加熱溫度的升高，試樣邊部的顯微組織脫碳層深度逐漸增加。當加熱溫度為1000℃時，試樣邊部組織尚未形成脫碳;當加熱溫度升高至1050℃時，試樣邊部的局部區域形成脫碳;當加熱溫度升高至1100℃時，試樣邊部形成了較明顯的脫碳層;當加熱溫度增加到1150℃時，試樣邊部形成深度約50μm的脫碳層。

2.2 ?加熱溫度對奧氏體晶粒的影響

65#鋼實驗樣分別在1000℃、1050℃、1100℃和1150℃不同的加熱溫度條件下，保溫30min后冷卻到室溫得到原奧氏體晶粒典型形貌，見圖3所示。

根據圖3中的原奧氏體晶粒形貌金相檢測結果，定量統計65#鋼實驗樣在不同加熱溫度及保溫30min后的晶粒大小，統計結果見表2所示。

2.4 ?65#鋼加熱溫度制定

65#鋼由于碳含量高、接近共析成分，其室溫組織為珠光體+少量先共析鐵素體，一般采用降低開軋溫度的辦法來保證對軋制過程溫度的有效控制，綜合考慮加熱過程脫碳層的減少、晶粒尺寸的控制、改善鋼的冷變形性能、控制抗拉強度、顯微組織及氧化鐵皮控制，因此加熱溫度不能過高;但要確保軋機最大軋制壓力在設備允許范圍內，同時通過采用大壓下量在粗軋及連軋的前幾道次大變形來細化原始奧氏體組織，因此加熱溫度不能過低。

線材生產控軋控冷的特點是：控軋控冷工藝包括把鋼坯加熱到最合適的溫度，在軋制時控制變形量及變形溫度，以控制奧氏體晶粒尺寸大小和再結晶過程，為軋后通過控制冷卻進行相變、得到理想的組織結構提供良好的條件，控軋控冷關鍵是對加熱溫度、終軋溫度的控制[11]。因此根據上述分析，并結合控軋控冷工藝生產的鋼材顯微組織與普通軋制工藝的比較，制定出65#鋼加熱溫度工藝，見表3所示。

3 ?結論

（1）對于65#鋼，隨著加熱溫度的升高、保溫時間的加長，其脫碳層深度逐漸增加。在保溫30min的條件下，當加熱溫度為1000℃時，試樣邊部組織未形成脫碳;當加熱溫度增加到1150℃時，試樣邊部形成約50μm的脫碳層。

（2）根據實驗結果，并結合生產設備實際及控軋控冷工藝要求，制定出65#鋼加熱溫度工藝，較好的滿足了65#高碳硬線鋼軋制生產要求。

參考文獻

[1] 程知松.棒線材生產創新工藝及設備[M].北京：冶金工業出版社，2016.

[2] 董志洪，劉劍輝.合金鋼棒線材生產技術[M].北京：冶金工業出版社，2019.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢：GB/T 226-2015 [S].

[4] 中華人民共和國國家市場監督管理總局，中國國家標準化管理委員會. 鋼的脫碳層深度測定法：GB/T 224-2019[S].

[5] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 金屬平均晶粒度測定方法：GB/T 6394-2017 [S].