SWRCH35K熱軋盤條魏氏組織及混晶組織的消除

秦國防 董戰利 付 巖

（1.濟源職業技術學院機電工程學院； 2.河南濟源鋼鐵（集團）有限公司）

關鍵字 SWRCH35K 魏氏組織 混晶 控冷工藝

0 前言

35K，全稱SWRCH35K，冷鐓線材，碳含量為0.35%左右，被廣泛用于螺栓、螺帽等各類緊固件和各種冷鐓成型的零配件[1]。隨著冷鐓成型工藝的過程控制智能化,對熱軋盤條的表面質量、內在質量、成分和微觀組織的均勻性、冷加工性能等均有更高的要求[2-6]。河南濟鋼自生產SWRCH35K冷鐓鋼以來，產品投放市場后受到廣大用戶的好評，但初期有部分用戶反映SWRCH35K產品有魏氏組織、晶粒不均等組織缺陷。為了改善SWRCH35K的使用性能，通過對實驗數據進行研究分析，找出了SWRCH35K盤條魏氏組織及混晶缺陷的主要原因，并提出了針對控冷工藝的優化措施，以期能夠為同行業企業實際生產提供借鑒和指導。

1 生產條件

1.1 自動生產工藝流程

鋼坯加熱→壓水除鱗→粗軋6架軋制→1#飛剪切頭→中軋6架軋制→2#飛剪切頭尾→預精軋6架軋制→預水冷箱冷卻→3#飛剪切頭尾→精軋機軋制（根據不同規格選用不同軋制道次）→水冷箱冷卻→吐絲機成圈→風冷線冷卻→集卷筒成卷→成品檢驗→剪頭尾→打包→稱量→掛牌→入庫。

1.2 各溫度點溫度、風冷輥道速度及保溫罩開啟狀態

測量并記錄優化前后各溫度點的數據，具體數據見表1，優化前后風冷輥道各段速度及保溫罩開啟狀態見表2。

表1 優化前各溫度點溫度 ℃

表2 優化前風冷輥道各段速度及保溫罩開啟情況

2 金相試驗

2.1 樣品制備

取Φ16.0 mm規格SWRCH35K樣品，用鋸切機將樣品切成圓柱形試樣，試樣不得受到高溫影響。對試樣橫斷面進行研磨、拋光；用4%硝酸酒精溶液對樣品進行侵蝕。

2.2 試驗結果

在蔡司電子金相顯微鏡下，分別放大100×和500×觀察樣品的金相組織。100×下觀察到的樣品邊部和心部的金相組織為不均勻混晶及魏氏組織，如圖1所示；500×下觀察到的樣品邊部和心部的金相組織出現魏氏組織及粒狀貝氏體，如圖2所示。

圖1 改進前100×金相組織

圖2 改進前500×金相組織

金相組織對冷鐓鋼產品性能的影響非常突出,良好的冷鐓鋼金相組織應為鐵素體+珠光體(F+P),不應有貝氏體組織和魏氏組織[7]。在冷卻速度過大時,盤條中會出現貝氏體和魏氏組織[8]。

從圖1、圖2可以看出，放大100倍時，樣品的邊部及心部存在嚴重混晶組織，細晶組織晶粒度7～8級，粗晶組織晶粒度3～4級[9]；放大500倍時，樣品的組織為鐵素體+珠光體+粒狀貝氏體+魏氏組織[10]。

從試驗結果可知，樣品組織的晶粒大小不一，且晶粒度差別超過4級，存在較嚴重的混晶組織。過低的晶粒度會導致材料脆化和強度下降[11]；粒狀貝氏體由于其硬度高，將惡化材料的冷加工性能，而嚴重的魏氏組織將切割機體、降低鋼的機械性能，對沖擊韌性的影響更大[12-16]。圖2中的這種混晶組織可以導致材料脆升高、強度和沖擊韌性下降、硬度升高、冷加工性能降低。

3 原因分析

3.1 相變溫度

SWRCH35K鋼熱物性參數包括密度、熱容、導熱系數、傳熱系數、液相線溫度、固相線溫度等[17]，其中SWRCH35K鋼的密度為7.827 g/cm3（14 ℃）。

Ac1和Ac3分別表示加熱過程中組織開始轉變為奧氏體和全部轉變為奧氏體的溫度，Ar3表示亞共析鋼高溫奧氏體化后，冷卻時鐵素體開始析出的溫度，Ms表示鋼奧氏體化后，隨著溫度降低，奧氏體開始轉變為馬氏體的溫度。以上相變溫度可以通過經驗關系式求得, 經驗關系式如下：

根據式（1）～式（4）求得的SWRCH35K鋼的相變溫度為：Ac1=716.3 ～ 723.8 ℃，Ac3=789.3 ～ 804.6 ℃，Ar3=705.2 ～ 754.0 ℃，Ms=351.2 ～ 384.8 ℃。

3.2 CCT曲線分析

采用膨脹法結合金相-硬度法測定的SWRCH35K冷鐓鋼的CCT曲線如圖3所示。

圖3 SWRCH35K冷鐓鋼的CCT曲線

從圖3可以看出，A→F的轉變貫穿整個冷速區間；發生A→P轉變的最大冷卻速度約為5 ℃/s；冷卻速度大于5 ℃/s時，轉變產物中不存在珠光體組織；貝氏體的生成范圍也很大，由0.5 ℃/s到直接噴水冷卻都有貝氏體組織存在； SWRCH35K鐵素體的相變開始溫度為790 ℃,鐵素體和珠光體相變結束溫度為710 ℃，而表1中出保溫罩的溫度最低值為730 ℃，這說明有部分奧氏體還沒有轉變結束卻出了保溫罩，出保溫罩后冷卻速度加快，從而產生魏氏組織和粒狀貝氏體。而精軋入口溫度低于950 ℃，處于未再結晶區域進行軋制，容易得到粗細不均的混晶組織。因此，控制軋制過程各點度及軋后冷卻速度是控制混晶、魏氏組織及粒狀貝氏體的關鍵。

4 控冷工藝優化

4.1 工藝優化措施

通過對SWRCH35K金相檢驗及理論分析可知，SWRCH35K產品存在混晶、粒狀貝氏體、魏氏組織等組織缺陷的主要原因是控制軋制及控冷工藝不當，因此，改進控冷工藝是提高SWRCH35K產品使用性能的關鍵。工藝改進后各溫度點溫度見表3，風冷輥道各段速度及保溫罩開啟情況見表4。

表3 優化后各溫度點溫度 ℃

表4 優化后風冷輥道各段速度及保溫罩開啟情況

4.2 優化后試驗結果

控冷工藝經過優化后所軋制SWRCH35K金相組織如圖4、圖5所示，圖4中100×組織晶粒較細小且較均勻無魏氏組織出現，圖5中顯示500×組織鐵素體呈塊狀分布。樣品組織為均勻細小的P+F組織，晶粒度7～8級。

隨后我們按照同樣的思路對Ф6.5 mm、Ф8.0 mm、Ф10.0 mm等規格控冷工藝進行了優化，都達到了預期的效果。

5 結語

（1）經過實驗及理論分析，SWRCH35K中魏氏組織是由于出保溫罩后冷卻速度加快造成，混晶組織是由于精軋在未再結晶區軋制造成的。

（2）控冷工藝改進措施：通過降低吐絲溫度，調整入保溫罩及出保溫罩溫度可以消除魏氏組織；通過提高精軋入口溫度，使精軋道次在再結晶區軋制消除混晶。

圖4 100 ×組織晶粒較細小且較均勻無魏氏組織出現

圖5 500 ×組織鐵素體呈塊狀分布