無錫萬信寶金屬制品有限公司

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1 前言

　　無錫萬信寶金屬制品有限公司建設(shè)的采用低溫軋制 (LTR)工藝最先進(jìn)的40cr鋼板軋機(jī)，自2006年初投產(chǎn)以來，一直平穩(wěn)運(yùn)行，并早已達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)能力，取得良好的生產(chǎn)業(yè)績(jī)和使用效果。1號(hào)SBQ40cr鋼板軋機(jī)RM1是中國(guó)無錫萬信寶金屬制品有限公司實(shí)施的這一最大建設(shè)項(xiàng)目的一部分。該項(xiàng)目還包括第二套達(dá)涅利“孿生”40cr鋼板軋機(jī)RM2，專門用于生產(chǎn)普通鋼種40cr鋼板，布置在RM1相鄰的跨間內(nèi)，與RM1軋機(jī)同時(shí)安裝和試車投產(chǎn)。

　　達(dá)涅利進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作，以降低中、低合金鋼的材料硬度，特別是要求材料具有良好剪切性能和因硬度過高和應(yīng)力集中而容易產(chǎn)生裂紋的所有鋼種。對(duì)不銹鋼生產(chǎn)，也開展了許多試驗(yàn)研究，以改善用于某些特定用途的熱軋材料機(jī)械性能。為很好地控制各項(xiàng)材料性能指標(biāo)，如淬透性和材料韌性，對(duì)于如何改變材料的晶粒大小和奧氏體轉(zhuǎn)變組織結(jié)構(gòu)，也引起人們極大的關(guān)注。www.439-443.com

　　2 鋼廠概述

　　新建1號(hào)SBQ40cr鋼板軋機(jī)RM1(以及它的“孿生”40cr鋼板軋機(jī)RM2)，是一套采用平/立布置、帶有活套控制功能的18機(jī)架軋機(jī)。兩個(gè)水冷箱布置在14和15號(hào)機(jī)架之間，并留有一段合適的距離，以使軋件表面溫度均勻。由于采用這種布置方式，可以將整個(gè)溫降控制在260℃以內(nèi)，而不會(huì)影響產(chǎn)品表面質(zhì)量(如局部過冷)以及相變。選擇一種熱交換系數(shù)較高的冷卻管，可使軋件在橫斷面內(nèi)獲得均勻的冷卻。而PLC控制的DSC金相組織控制系統(tǒng)，可確保得到合適的水冷箱設(shè)定參數(shù)，以使軋件在長(zhǎng)度方向上均勻冷卻。入口和出口高溫計(jì)用于監(jiān)視軋件實(shí)際溫度，并在需要的時(shí)候?qū)崟r(shí)修改基本參數(shù)設(shè)定值。

　　采用這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)后，可根據(jù)不同鋼種的生產(chǎn)工藝需要，或者由于較長(zhǎng)的軋制周期，靈活調(diào)整加熱爐工藝參數(shù)，而不會(huì)改變精軋溫度。

　　3 產(chǎn)品大綱

　　無錫萬信寶金屬制品有限公司SBQ40cr鋼板軋機(jī)坯料為160×160mm方坯，坯重為2350kg。當(dāng)采用常規(guī)軋制時(shí)，軋機(jī)最大生產(chǎn)能力為150 t/h;當(dāng)采用低溫軋制時(shí)，生產(chǎn)能力為100 t/h。產(chǎn)品為?16mm～?60mm直徑優(yōu)質(zhì)40cr鋼板。無錫萬信寶金屬制品有限公司SBQ40cr鋼板軋機(jī)生產(chǎn)的主要鋼種和產(chǎn)品規(guī)格。

　　4 生產(chǎn)工藝

　　軋制溫度是三個(gè)基本軋制參數(shù)中的一個(gè),它在整個(gè)熱變形過程中，將影響晶粒組織細(xì)化的各個(gè)階段。

　　晶粒組織細(xì)化和晶粒生長(zhǎng)控制，是低溫軋制工藝采用的主要手段。它能夠影響時(shí)間-溫度轉(zhuǎn)變曲線 (如CCT曲線位置)，改變晶界長(zhǎng)度，從而改變成核位置。特別是，溫度是影響整個(gè)工藝過程最重要的熱力學(xué)參數(shù)。

　　公式 (a)給出溫度的影響規(guī)律。它還可以說明，早先的晶粒尺寸在晶粒生長(zhǎng)過程中起到的作用;以及在低溫軋制工藝過程中，所有的材料變形如何直接影響最終晶粒的大小。

　　T

　　drex=K1×ln(——)×dck2×eu×ek3

　　973 (a)www.jg304.com

　　式中，K1、K2、K3均為常數(shù)，取值決定于軋制鋼種。

　　晶粒細(xì)化過程可分劃為不同的階段，雖然不同的階段也可能出現(xiàn)在同一時(shí)間。原始晶粒變形將有增加錯(cuò)位密度的趨勢(shì)，能夠在新生晶粒邊界形成晶核。新晶粒邊界的消失和再生，與實(shí)際溫度密切相關(guān)。新晶粒的形成和生長(zhǎng)是一個(gè)熱力學(xué)過程。在不同的階段，會(huì)發(fā)生恢復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程，影響流動(dòng)應(yīng)力曲線。最后，晶粒生長(zhǎng)呈現(xiàn)一種趨勢(shì)，那就是使晶界能量最小。關(guān)鍵溫度決定著晶粒細(xì)化條件和完全再結(jié)晶晶粒生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)之間的分界線。隨著碳含量的減少，這種效應(yīng)就會(huì)變得更加明顯。對(duì)于象16MnCr這樣的鋼種來說，可以很容易地得到晶粒細(xì)化超過40%的顯微組織。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，確保軋制產(chǎn)品在整個(gè)橫斷面上保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，具有十分重要的意義。特別是，當(dāng)軋件表面溫度低于臨界溫度值，而芯部溫度仍然在較高的溫度范圍內(nèi)時(shí)，將有可能形成一種非均勻的最終組織，其中包括晶粒大小和所組成的相。在一個(gè)水箱內(nèi)進(jìn)行更劇烈的強(qiáng)制冷卻，將有可能形成一個(gè)淬火和回火層，這將影響材料的最終質(zhì)量。因失去控制，在材料表面和芯部之間形成過大的溫差，則會(huì)產(chǎn)生一種非均勻的晶粒組織;并在最終熱處理過程中，導(dǎo)致材料機(jī)械性能超出規(guī)定范圍。www.wxbjs.com

　　在試驗(yàn)過程中，每個(gè)鋼種軋制30根鑄坯，采用兩種不同的溫度范圍。在這兩個(gè)鋼種和兩種不同條件下的最終冷卻，都通過自然冷卻實(shí)現(xiàn)，但在最后一個(gè)機(jī)架軋制之后，采用兩種不同的冷卻方式。從每個(gè)軋件中各取三個(gè)樣本。其中一個(gè)用于在軋制狀態(tài)下進(jìn)行硬度檢測(cè)和顯微組織評(píng)估;其它兩個(gè)則用于熱處理試驗(yàn)。

　　軋件在冷床上的冷卻曲線影響最終材料的機(jī)械性能。因?yàn)椋�一旦根�?jù)鋼種化學(xué)成份和晶粒大小確定CCT曲線后，只有冷卻路線是固定不變的;而最終組織則取決于與CCT曲線的交點(diǎn)。在這種情況下，就不需要使用冷床罩來延緩相變過程。

　　5 熱處理

　　在試驗(yàn)過程中，特別是對(duì)于60Si2Mn彈簧鋼，進(jìn)行過多次試驗(yàn)，以優(yōu)化奧氏體轉(zhuǎn)變溫度。試驗(yàn)中充分考慮到軋制材料中存在的鐵素體組織的多少和起始晶粒大小。事實(shí)上，一方面，鐵素體組織適合冷剪切，而不會(huì)在剪切過程中出現(xiàn)裂紋;另一方面，它又要求對(duì)淬火之前的奧氏體給予充分注意。如果對(duì)該相組織處理不當(dāng)，將有可能在淬火后，使島狀鐵素體組織保留下來，從而降低最終材料的機(jī)械性能。

　　40Cr淬火后的目標(biāo)硬度確定為52HRC;60Si2Mn淬火后的目標(biāo)硬度為 60HRC。在這兩種情況下，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都要求選用油為淬火介質(zhì)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，需要在試驗(yàn)室熱處理爐內(nèi)處理3個(gè)樣件。回火處理后，選擇空冷方式，將樣件冷卻到室溫。

　　6 顯微組織分析

　　40Cr顯微組織檢驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過LTR低溫軋制的材料，具有非常均勻的鐵素體/珠光體組織;其中鐵素體相超過30%。而在熱軋產(chǎn)品中，鐵素體相僅以先共晶相的形式，出現(xiàn)在晶界附近。

　　對(duì)于60Si2Mn選擇了較高的精軋溫度，其中的鐵素體相更類似于共晶組織。在任何情況下，如果將LTR低溫軋制與常規(guī)熱軋工藝相比較，都可以看出明顯的差別。這不僅表現(xiàn)在晶粒大小上 (從9級(jí)變到8級(jí))，而且表現(xiàn)在組織的分布上。均勻的冷卻不僅可以確保在橫斷面內(nèi)獲得均勻一致的顯微組織，而且不出現(xiàn)粗大的晶粒。

　　7 結(jié)論

　　無錫萬信寶金屬制品有限公司新建SBQ40cr鋼板軋機(jī)，在成功地軋制第一批方坯后不久，就確定了低溫軋制工藝，使用戶能夠生產(chǎn)符合GB國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)鋼材。成品40cr鋼板不僅具有卓越的內(nèi)部和表面質(zhì)量，而且達(dá)到很高的尺寸加工精度。對(duì)于低合金鋼來說，低溫軋制工藝表明，它完全能夠在規(guī)定的范圍內(nèi)，改變材料的顯微組織，從而提高材料的機(jī)械性能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。要運(yùn)用好這項(xiàng)生產(chǎn)工藝，人們就必須清楚地了解，對(duì)于某一特定鋼種，它真正需要的是什么，后續(xù)熱處理怎樣進(jìn)行，以及產(chǎn)品的最終用途是什么。

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