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根據(jù)對冷鐓鋼的質(zhì)量檢測,發(fā)現(xiàn)影響冷鐓鋼質(zhì)量的因素主要有以下四個方面:鋼的化學(xué)成分、表面裂紋、鋼的晶粒度和軋制工藝參數(shù)。
1 化學(xué)成分的影響
鋼中硫、磷、氫、氧等雜質(zhì)元素會不同程度地影響冷鐓鋼的力學(xué)性能,降低冷鐓性能。因此,在冷鐓鋼的冶煉過程中應(yīng)盡可能去除雜質(zhì)。鋼中氮、鋁也會對鋼質(zhì)產(chǎn)生不良影響,但當(dāng)兩者量合適時,會產(chǎn)生AlN難熔質(zhì)點,阻礙晶粒長大,生成細(xì)晶粒鋼,從而提高冷鐓鋼的綜合性能。因此,應(yīng)對其加以適量控制。非金屬夾雜直接影響鋼質(zhì),使鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕能力大大降低,特別是這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體連續(xù)性,在靜荷載和動荷載的作用下,往往成為冷鐓鋼裂紋的起點。因此,應(yīng)盡量降低鋼中非金屬夾雜物,同時,對其進(jìn)行變性處理(如鈣化等),來減少其在鋼中的危害。
2 表面裂紋的影響
2.2.1 表面裂紋影響冷鐓鋼性能的機(jī)理如果冷鐓鋼存在表面裂紋,冷頂鍛加工時,由于裂紋的存在引起應(yīng)力集中,同時產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),導(dǎo)致裂紋擴(kuò)張,最終冷頂鍛開裂。國內(nèi)生產(chǎn)的冷鐓鋼在實際使用中,經(jīng)常發(fā)現(xiàn)此種現(xiàn)象,嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2.2.2 表面裂紋產(chǎn)生的原因產(chǎn)生表面裂紋主要原因有兩個,一為鋼坯質(zhì)量不合格。鋼坯質(zhì)量導(dǎo)致的表面裂紋主要是鋼錠皮下氣泡或皮下夾雜在軋制中暴露于鋼坯或鋼材表面。鋼坯有發(fā)紋和裂縫時,經(jīng)再軋制加工也能形成表面裂紋。鋼坯表面舌狀結(jié)疤過深時,在軋制中可能演變成"Y"字形的裂縫。鋼坯火焰清理溝痕過陡或加熱溫度不均、鋼溫過低以及軋后鋼材冷卻不當(dāng),也可能形成發(fā)紋;二為軋制過程控制不當(dāng)所導(dǎo)致的表面裂紋,軋鋼過程中如存在嚴(yán)重的溫度不均勻,會在鋼材表面形成橫向裂紋。線材成品冷卻過程中,局部驟冷,會形成微裂紋。
3 晶粒度的影響
細(xì)小晶粒的內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度相差較小,變形較均勻,相對來說,因應(yīng)力集中引起的開裂的機(jī)會也較小。故細(xì)晶鋼有可能在斷裂之前承受較大的變形量,可以得到較大的延伸率和斷面收縮率。同時,由于細(xì)晶鋼中的裂紋不易傳播,在斷裂過程中可吸收更多的能量,表現(xiàn)出較高的韌性。也就是說,奧氏體晶粒越細(xì)小,鋼熱處理后的強(qiáng)度越高,塑性越好,沖擊韌性越高。但是奧氏體化溫度過高或在高溫下保持時間過長,將使鋼的奧氏體晶粒長大,顯著降低鋼的沖擊韌性,減少裂紋擴(kuò)展和提高脆性轉(zhuǎn)折溫度。此外,晶粒粗大的鋼件,淬火變形和開裂傾向增大。尤其當(dāng)晶粒大小不均時,還顯著降低鋼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,引起應(yīng)力集中,易于產(chǎn)生脆性斷裂。一般來說,鋼的原始組織越細(xì),碳化物彌散度越大,則奧氏體的起始晶粒越細(xì)小。也更易于獲得細(xì)小而均勻的奧氏體起始晶粒度。冷鐓鋼要求在保證一定強(qiáng)度的條件下,還具有良好的塑性和韌性,以利冷頂鍛性能等的提高。因此提高冷鐓鋼晶粒度,細(xì)化晶粒是冷鐓鋼是否能夠具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能的關(guān)鍵之一。
4 控冷與軋制工藝參數(shù)的影響
緩冷鐵碳基體組織成分與力學(xué)性能的關(guān)系見圖1。從圖1可以看出,冷鐓鋼控冷工藝不同于對應(yīng)的低、中碳素結(jié)構(gòu)鋼,其要求最終產(chǎn)品要有足夠的強(qiáng)度,良好的韌性和塑性,即要具有較好的綜合力學(xué)性能。其組織為鐵素體加珠光體,故采用延遲型冷卻,對于如SWRCH35K牌號的冷鐓鋼控冷關(guān)鍵是使奧氏體分解在適中的溫度下進(jìn)行,并且使分解轉(zhuǎn)變的時間較長,以便得到適中的鐵素體晶粒和少量的珠光體,提高冷鐓鋼的強(qiáng)度,并使塑性指標(biāo)不致下降,獲得較好的綜合力學(xué)性能。
圖1 緩冷鐵碳基體組織成分與力學(xué)性能關(guān)系
通過實施低溫軋制(出鋼溫度930～950℃),合理的吐絲溫度(820～840℃)及較適中的冷卻速度(斯太爾摩冷卻絲入口輥道段速度13～15m/min),使最終產(chǎn)品性能達(dá)到要求,符合緩冷鐵碳基本組織成分與力學(xué)性能關(guān)系。
圖2為SWRCH35K 牌號的冷鐓鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線。
根據(jù)圖2"C"曲線的圖形特點,也可以看出使吐絲溫度更接近所需奧氏體轉(zhuǎn)變溫度。減小過冷度,同時通過在接近轉(zhuǎn)變溫度時,降低斯太爾摩冷卻線輥道速度,加保溫罩保溫,緩慢轉(zhuǎn)變,以獲得細(xì)小均勻的珠光體,從而減緩轉(zhuǎn)變區(qū)域向下移動,防止出現(xiàn)一些非平衡組織,達(dá)到獲得鐵素體加少量珠光體組織的目的,保證了冷鐓鋼最終的綜合性能指標(biāo)。