第9講中高碳鋼棒線材的實際生產(chǎn)應(yīng)用

1、University Of Science and Technology BeijingUSTB1第第9 9講：講：中高碳鋼棒線材的實際 生產(chǎn)應(yīng)用University Of Science and Technology BeijingUSTB21 1 高碳硬線鋼高碳硬線鋼82B82B中中AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2-MgO-CaO-MnO -MgO-CaO-MnO 系夾雜物塑性化控制系夾雜物塑性化控制 新余鋼鐵股份有限公司分析了高碳硬線鋼82B在冶煉過程中復(fù)合夾雜物-鋼液-渣及耐火材料局部動態(tài)平衡反應(yīng)過程及Mn、Si和Al脫氧條件下夾雜物成分變化規(guī)律。利用熱力學(xué)計算軟件進一

2、步計算分析了硬線鋼獲得良好變形能力的Al2O3-SiO2-MgO-CaO-MnO五元系夾雜物所需要的條件。University Of Science and Technology BeijingUSTB31.1 1.1 熱力學(xué)分析夾雜物形成條件熱力學(xué)分析夾雜物形成條件 某鋼廠生產(chǎn)高碳鋼盤條的工藝流程為:鐵水脫硫轉(zhuǎn)爐冶煉Mn、Si和Al合金終脫氧LF精煉連鑄連軋 由于高碳硬線鋼采用一定的鋁脫氧, 因此在隨后的爐外精煉過程中必須采用高堿度、高還原性爐渣精煉。當(dāng)高堿度、高還原性爐渣形成后, 由于渣-鋼間的氧勢很低, 渣中的CaO、MgO會被還原,部分Ca、Mg進入鋼液中, 生成CaO、MgO。Uni

3、versity Of Science and Technology BeijingUSTB4 在軋制溫度下, 隨著夾雜物熔點的降低, 其變形能力越來越好, 夾雜物的熔點低于1500時, 其變形能力比同溫度下鋼的變形能力好，當(dāng)夾雜物中CaO、MgO和Al2O3含量達到一定程度時, 就會形成非塑性夾雜物。University Of Science and Technology BeijingUSTB5University Of Science and Technology BeijingUSTB6 研究假設(shè)夾雜物-鋼液-渣之間達到了熱力學(xué)平衡, 夾雜物的成分與渣的成分趨于一致, 夾雜物的成分可以用

4、鋼液與夾雜物間的熱力學(xué)平衡預(yù)測。因而通過控制精煉渣成分、爐襯耐火材料和一定的脫氧條件, 可以控制夾雜物的成分。1.2 1.2 硬線鋼中夾雜物成分熱力學(xué)優(yōu)化及控制硬線鋼中夾雜物成分熱力學(xué)優(yōu)化及控制University Of Science and Technology BeijingUSTB7 因此通過熱力學(xué)軟件優(yōu)化上述各組元的濃度, 以控制夾雜物的成分。在給定組元成分、溫度、壓力和某一組元的活度, 選擇可能生成的物質(zhì)和合適的數(shù)據(jù)庫, 就可以計算出與該組元活度對應(yīng)的爐渣成分。University Of Science and Technology BeijingUSTB81873K1873K時鋼

5、液中元素的相互作用系數(shù)時鋼液中元素的相互作用系數(shù)University Of Science and Technology BeijingUSTB9 為了將夾雜物成分控制于低熔點區(qū)域, Al2O3的活度應(yīng)控制在0.010.04。同時, 為了提高夾雜物的堿度, 可以將CaO的活度控制在 0.010.05,而SiO2的活度應(yīng)當(dāng)控制在較低的范圍內(nèi)(小于0.005)。由于MnO組元可以降低夾雜物的熔點、擴大低熔點區(qū)域, 因此適當(dāng)提高MnO的活度有助于將夾雜物成分控制于低熔點區(qū)域。1.3 1.3 結(jié)論結(jié)論University Of Science and Technology BeijingUSTB102

6、 2 鉻微合金化對大規(guī)格高碳鋼線材質(zhì)量的影響鉻微合金化對大規(guī)格高碳鋼線材質(zhì)量的影響 唐山鋼鐵有限公司研究了成品成分與高碳鋼線材力學(xué)性能的關(guān)系, 得出回歸方程。討論鉻微合金化對大規(guī)格高碳鋼線材質(zhì)量的影響。高碳鋼中加入的鉻元素抑制先共析鐵素體析出, 減小珠光體片層間距, 可明顯提高抗拉強度, 提高斷面收縮率, 改善線材的拉拔性能。University Of Science and Technology BeijingUSTB112.1 2.1 高碳鋼線材生產(chǎn)工藝流程高碳鋼線材生產(chǎn)工藝流程University Of Science and Technology BeijingUSTB122.2 2.

7、2 鉻微合金化對高碳鋼線材力學(xué)性能及組織的影響鉻微合金化對高碳鋼線材力學(xué)性能及組織的影響 高線軋制80鋼工藝: 加熱溫度1050, 吐絲溫度850, 風(fēng)冷速度約為4/s。采用鉻鐵合金化與不采用鉻鐵合金化對高碳鋼力學(xué)性能的影響如表1 所示, 對高碳鋼線材心部組織的影響如圖2所示。University Of Science and Technology BeijingUSTB13 由表1 可以看出, 加入鉻的質(zhì)量分數(shù)為0. 20%0.30%, 與未加入鉻元素的高碳鋼線材相比, 可使抗拉強度平均提高67.9MPa, 斷面收縮率平均提高2%。University Of Science and Tech

8、nology BeijingUSTB14圖圖2 2 高碳鋼線材心部金相組織高碳鋼線材心部金相組織University Of Science and Technology BeijingUSTB15 從圖2可以看出, 加入鉻元素和未加入鉻元素的高碳鋼線材顯微組織有明顯區(qū)別, 加入鉻元素的顯微組織粗大, 珠光體較少, 無先共析鐵素體析出;未加入鉻元素的顯微組織粗大, 珠光體較多, 有先共析鐵素體析出。顯然先共析鐵素體量很小(約為1%2%) , 但由于鐵素體與珠光體組織有截然不同的性能, 且在轉(zhuǎn)變過程中沿原奧氏體晶界析出, 所以對線材抗拉強度和斷面收縮率有不利影響。University Of Sci

9、ence and Technology BeijingUSTB16 在軋制大規(guī)格( 10 mm) 高碳鋼線材時, 由于線材直徑較大, 線材心部冷卻較慢, 奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變時, 就可能形成較大的珠光體片層間距。從圖3、圖4 可以看出, 鋼中加入鉻元素可縮小奧氏體區(qū), 使C曲線向右移, 提高鋼的淬透性, 抑制先共析鐵素體析出, 縮小珠光體片層間距。所以, 在軋制大規(guī)格高碳鋼線材時, 鋼中加入鉻元素, 減少或消除先共析鐵素體析出, 使珠光體片層間距減小。University Of Science and Technology BeijingUSTB17 縮小珠光體片層間距可提高鋼的抗拉強度又可以提

10、高鋼的塑性。在拉拔時, 隨珠光體片層間距的減小, 極限拉拔強度增加, 極限拉拔量也增加。University Of Science and Technology BeijingUSTB18(1) 高碳鋼中加入鉻元素可明顯提高抗拉強度,也可改善斷面收縮率。(2) 80鋼中鉻元素含量在0.20%0.30%范圍內(nèi), 鉻元素每提高0.01% , 抗拉強度提高3.22MPa,斷面收縮率提高0. 078%。(3) 高碳鋼中加入鉻元素抑制先共析鐵素體析出,縮小珠光體片層間距,改善線材心部與邊部組織的均勻性。2.3 2.3 結(jié)論結(jié)論University Of Science and Technology Be

11、ijingUSTB193 3 微合金高碳鋼硬線軋制工藝研究微合金高碳鋼硬線軋制工藝研究 北京科技大學(xué)對酒鋼的微合金高碳鋼硬線軋制工藝進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，與普通高碳鋼相比, 鈮元素的加入使微合金高碳鋼的 AP轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間擴大, 開始轉(zhuǎn)變溫度升高, 轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度降低, 轉(zhuǎn)變完成所需時間增加。與普通高碳鋼相比, 含鈮高碳鋼受冷卻速度的影響較大: 隨著控冷冷速的提高, 線材內(nèi)部索氏體含量增加, 珠光體和先共析鐵素體的含量降低, 線材的強度、塑性向著有利于深加工的方向發(fā)展。University Of Science and Technology BeijingUSTB20 加熱爐加熱爐粗軋粗軋1#飛剪

12、切頭尾飛剪切頭尾中軋中軋 2#飛飛剪切頭尾剪切頭尾中軋中軋預(yù)精軋預(yù)精軋預(yù)水冷預(yù)水冷3#飛剪切頭飛剪切頭尾尾精軋精軋水冷水冷熱測徑熱測徑減定徑減定徑水冷水冷探傷探傷吐絲吐絲控制冷卻控制冷卻(風(fēng)冷風(fēng)冷)集卷集卷打包打包入庫入庫3.1 3.1 軋鋼工序所采用的工藝路線軋鋼工序所采用的工藝路線University Of Science and Technology BeijingUSTB213.2 3.2 主要技術(shù)措施主要技術(shù)措施（1） 控制軋制、控制冷卻；（2） 終軋溫度的控制；（3） 控冷輥道佳靈裝置參數(shù)的調(diào)整、設(shè)定；（4） 冷卻速度的確定；（5） 控冷冷速的確定。University Of Sc

13、ience and Technology BeijingUSTB223.3 3.3 試驗結(jié)果分析試驗結(jié)果分析University Of Science and Technology BeijingUSTB23 由表1可以看出鈮微合金高碳鋼硬線在冷速25. 43/s時的索氏體比例比21. 34/s時的索氏體比例高4. 61% 、珠光體含量低4.46%、鐵素體含量低0.1%, 因此鈮微合金高碳鋼硬線隨著控冷冷速的提高, 線材內(nèi)部索氏體含量增加、珠光體和先共析鐵素體的含量降低。隨著索氏體含量增加、珠光體和先共析鐵素體含量的降低, 線材的強度、塑性向著有利于深加工的方向發(fā)展。University Of

14、 Science and Technology BeijingUSTB24University Of Science and Technology BeijingUSTB25University Of Science and Technology BeijingUSTB26 從圖從圖34中的中的 e、f、g、h四張照片可看出四張照片可看出,線材中鐵素體含量明線材中鐵素體含量明顯偏高顯偏高,尤其心部不但含有較多已呈網(wǎng)狀的鐵素體尤其心部不但含有較多已呈網(wǎng)狀的鐵素體,且珠光體含量很高且珠光體含量很高, 片層間距粗寬片層間距粗寬,索氏體含量相對較低。而鐵素體組織強度低于索氏體索氏體含量相對較低。而鐵素

15、體組織強度低于索氏體組織的強度組織的強度, 在線材受拉伸時在線材受拉伸時,由于網(wǎng)狀鐵素體在奧氏體晶界的析出由于網(wǎng)狀鐵素體在奧氏體晶界的析出, 使材料首先在晶界形成微裂紋使材料首先在晶界形成微裂紋,隨著外力的增大隨著外力的增大, 裂紋迅速擴展斷裂裂紋迅速擴展斷裂, 使線材抗拉強度低使線材抗拉強度低, 韌性差韌性差;同時在有粗片狀珠光體和索氏體混合的同時在有粗片狀珠光體和索氏體混合的組織時組織時, 材料的強度和塑性就取決于強度和塑性較弱的粗片狀珠光體材料的強度和塑性就取決于強度和塑性較弱的粗片狀珠光體在基體組織中的數(shù)量比例在基體組織中的數(shù)量比例, 比例越大則線材的強度和塑性就越差。對比例越大則線材

16、的強度和塑性就越差。對比照片發(fā)現(xiàn)比照片發(fā)現(xiàn), 表面組織明顯優(yōu)于心部表面組織明顯優(yōu)于心部,其珠光體片層相對較小其珠光體片層相對較小,而軋后而軋后冷卻時邊部冷速一般較心部快冷卻時邊部冷速一般較心部快,表明可能由于線材在控冷線上冷速較表明可能由于線材在控冷線上冷速較慢而導(dǎo)致這種索氏體慢而導(dǎo)致這種索氏體+ 粗片狀珠光體粗片狀珠光體(多多) + 網(wǎng)狀鐵素體組織的出現(xiàn)。網(wǎng)狀鐵素體組織的出現(xiàn)。University Of Science and Technology BeijingUSTB27（1） 為獲得良好的組織性能, 在設(shè)備允許的條件下, 應(yīng)采用低溫終軋。（2） 與普通高碳鋼相比, 鈮元素的加入使高碳鋼的AP轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間擴大, 開始轉(zhuǎn)變溫度升高, 轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度降低