工程機(jī)械用鋼熱軋工藝研究

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工程機(jī)械是國民生產(chǎn)中重要的組成部分，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程機(jī)械行業(yè)也成為機(jī)械行業(yè)中發(fā)展最快的一部分。因此，在工程機(jī)械中對鋼鐵產(chǎn)品的性能和質(zhì)量也提出了更高的要求，對所用鋼的強(qiáng)度越來越高。為了滿足對工程機(jī)械用鋼高強(qiáng)度的要求，國內(nèi)外陸續(xù)開發(fā)了ULCB鋼和HSLA鋼等種類。目前，在先進(jìn)工業(yè)國家中已經(jīng)采用590～950MPa抗拉強(qiáng)度的高強(qiáng)度焊接鋼和1080MPa及以上的耐磨鋼，在工程機(jī)械中采用這些高強(qiáng)度鋼可以有效提高工程機(jī)械的使用壽命和使用能力和效率，同時可以減少本身的重量，提高能源使用效率。高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼要求其不僅強(qiáng)度高、韌性良好，同時由于工程機(jī)械大多采用焊接的方法連接，所以又要求高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼具有較好的成型性和可焊接性。在鋼鐵材料中強(qiáng)度的強(qiáng)化主要有細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等不同機(jī)制作用，而在高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼中，一般同時將多種強(qiáng)化方式結(jié)合從而達(dá)到對高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼強(qiáng)度的要求。最初國內(nèi)屈服強(qiáng)度在600MPa以上的高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼都是采用淬火和回火的工藝制備的，而隨著微合金鋼冶煉和其它生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以熱軋生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板的技術(shù)。熱軋生產(chǎn)的鋼板具有更加穩(wěn)定的性能和表面質(zhì)量，同時避免了調(diào)制板在質(zhì)量上的缺點(diǎn)，而且熱軋過程去除了熱處理過程，從而使得生產(chǎn)過程周期短，成本降低。但是，目前在采用熱軋生產(chǎn)工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼時常遇到控冷能力、卷取能力等問題。因此，本文以PQ600型高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼為對象，分析研究合適的熱軋工藝參數(shù)，觀察不同熱軋后PQ600高強(qiáng)度鋼的微觀組織形貌和晶粒度，以從微觀結(jié)構(gòu)角度分析熱軋工藝對工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼的組織和性能的影響，并對其進(jìn)行分析，從而為生產(chǎn)出性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定的PQ600高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼提高借鑒。

1實(shí)驗(yàn)材料與方法

本實(shí)驗(yàn)用的PQ600型高強(qiáng)度工程機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼化學(xué)成分。首先將鋼材加工成直徑為準(zhǔn)10mm，高度為10mm的圓柱狀，然后將樣品以10℃/min加熱到1260、1230、1200、1170℃，并分別保溫10、15、20、25、30min，然后水冷，用OlympusPme-323UN光學(xué)顯微鏡觀察樣品中奧氏體的晶粒度。將鋼板加熱到1200℃，然后冷卻到不同溫度后進(jìn)行熱軋(開軋溫度1010、950℃，壓下率分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%)并將軋制后的樣品進(jìn)行水冷，用OlympusPme-323UN光學(xué)顯微鏡觀察樣品的組織結(jié)構(gòu)和晶粒度。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2．1溫度和保溫時間對晶粒度的影響

是不同溫度和保溫時間對PQ600高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼中奧氏體晶粒度大小的影響曲線。從圖中可以看出，在溫度升高到1170℃以后，保溫時間對奧氏體的晶粒度影響較小，隨著保溫時間的延長，奧氏體的晶粒度基本上變化不大。而隨著溫度的升高，奧氏體的晶粒度總體水平不斷增加，當(dāng)溫度升高到1200℃時，奧氏體的晶粒度小于3.5級，隨著溫度的繼續(xù)升高到1260℃時，PQ600中的奧氏體晶粒度到了3.0級左右。這是由于PQ600中強(qiáng)度的提高主要依靠微量元素鈮和鈦的析出，為了獲得較高的強(qiáng)度，必須使鈮和鈦在升溫過程中固溶，同時抑制奧氏體晶粒的異常長大。因此，根據(jù)可以確定此溫度在1170℃左右。

2．2開軋溫度和壓下率對晶粒度的影響

PQ600高強(qiáng)度工程機(jī)械鋼在不同開軋溫度和壓下率時晶粒的變化。從表中可以看出，當(dāng)開軋溫度為1010℃時，壓下率小于30%時，PQ600中奧氏體出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致晶粒大小不一致；而當(dāng)壓下率大于30%以后，奧氏體的晶粒度較大。當(dāng)開軋溫度為950℃時，由于奧氏體的再結(jié)晶在很短的時間發(fā)生，沒有產(chǎn)生應(yīng)變的積累，所以要使在950℃的開軋溫度下奧氏體充分的再結(jié)晶，必須使壓下率在30%以上。對于樣品中晶粒度無法評級的現(xiàn)象，試樣中存在著較多的變形帶，屬于未再結(jié)晶的組織，從而導(dǎo)致了晶粒度無法計算。

2．3卷取溫度對PQ600組織結(jié)構(gòu)的影響

是開軋溫度950℃、壓下率40%時不同卷取溫度PQ600鋼的金相組織。從圖中可以看出，當(dāng)在580℃卷取時，PQ600中出現(xiàn)大量的貝氏體組織，而到卷取溫度600～720℃時，在PQ600的組織中則出現(xiàn)了鐵素體和珠光體兩種組織結(jié)構(gòu)。且隨溫度升高，鐵素體的晶粒長大。因此，適當(dāng)降低卷取溫度有利于獲得晶粒尺寸較小的鐵素體，這主要是由于隨著卷取溫度的降低，組織中的過冷度增加，晶粒的形核驅(qū)動力增大，導(dǎo)致鐵素體形核速率增加，達(dá)到晶粒細(xì)化的目的。

3結(jié)論

(1)在溫度升高到1170℃以后，保溫時間對奧氏體的晶粒度影響較小，而隨著溫度的升高，奧氏體的晶粒度不斷增大。

(2)當(dāng)開軋溫度為1010℃、變形量小于30%時，PQ600鋼中奧氏體出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致晶粒大小不一致；而當(dāng)變形量大于30%以后，奧氏體的再結(jié)晶較為完全，此時奧氏體的晶粒度較為均勻；當(dāng)開軋溫度為950℃時，必須使變形量在30%以上才能使奧氏體充分再結(jié)晶。

(3)隨著變形速率的增加，PQ600鋼中的晶粒尺寸逐漸變小，并且在晶界處鋸齒狀的變形越來越多。

(4)卷取溫度在600℃時，組織中則出現(xiàn)了鐵素體和珠光體兩種結(jié)構(gòu)，隨溫度升高，鐵素體晶粒長大。因此，適當(dāng)降低卷取溫度有利于獲得晶粒尺寸較小的鐵素體。

作者：熊江 單位：重慶三峽職業(yè)學(xué)院