热轧后水冷却对热轧钢材组织性能的影响.doc

热轧后水冷却对热轧钢材组织性能的影响 摘 要：本文基于微量合金元素、变形温度与变形量相同的情况下，对钢材热轧后穿水冷却影响钢材组织性能的情况进行研究，同时与钢材热轧后空冷状态的钢材组织性能情况进行对比。实验结果显示：钢材热轧后空冷状态的边部组织与心部组织为珠光体+铁素体，其心部晶粒度约7级，而钢材热轧后在穿水冷却的边部组织则为回火素氏体，其心部组织则与空冷状态相同，心部晶粒度约8.5级，1.6毫米的淬透层深。穿水冷却后钢材伸长率22.68%，虽然基本相近于空冷状态的24.3%，但是其抗拉强度与屈服强度相应提高了23.23%与39.2%。关键词：热轧；水冷却；钢材组织性能；影响钢材随着不同热处理技术处理后，钢材内部组织组成相的分布情况、形态以及比例都会发生不同程度的改变。而在钢材热轧的各个阶段采取不同的冷却方法直接影响钢材组织及其截面形状、性能等，同时相应的粗细程度也不尽相同。通过适当调整化学成分、轧后控制、控温轧制或是形变热处理技术都能够对钢材组织性能与状态进行有效控制。但是目前在钢材热轧实际生产过程中，大多数钢材无法达到预想的目标，因此对于热轧钢材冷却技术与性能指标都有进一步提升的空间。穿水冷却工艺可使热轧后的钢材在上冷床时降低200至400摄氏度，不仅能够使冷床能力不足的缺陷得以解决，而且能够有效提高产品的质量。下文以热轧棒材的生产实验作为实例，研究在同等微量合金元素、变形温度以及变形量的情况下，影响热轧穿水冷却后钢材组织性能的程度，同时将其与热轧空冷的钢材组织性能对比，意在得出穿水冷却影响钢材性能的规律，进而为能够编制出使穿水冷却有效提高钢材性能的工艺提供一定的科学与实践依据，同时为企业生产降低成本提供一定的经验。一、材料与方法本实验中所使用的钢材为低碳微Nb钢材，表1中为该钢材各种元素质量的分数情况。生产实验原料尺寸则为160*160*9550毫米，1050摄氏度左右的开轧温度，原料经过初、中、精轧后成为22毫米的热轧钢材，随后对其实施三段穿水冷却，其中三段的水压分别为1.6MPa、1.2MPa、0.8MPa，保持约每秒9.5米的成品轧制速度，钢材经过三段穿水冷却上冷床的温度在600摄氏度左右。而在热轧后空冷状态下的钢材工艺参数保持与穿水冷却的热轧钢材一致，其生产工艺，即图1。采用万能力学试验设备CMT4105测试钢材的室温拉伸性能，并以GB/T228-2002标准为依据进行拉伸试验，其金相试验则通过溶液侵蚀后借助光学显微镜对其进行进一步观察。二、试验结果评估经试验后得到热轧后穿水冷却与空冷两种状态下，钢材试样化学成分的测试结果，即表2。从表2中可以直观地看出，两种状态下的钢材试样基本相同，且都能够满足设计的成分要求标准。随后再各取穿水冷却与空冷状态的两个试样开展拉伸试验，所得到的室温拉伸应力-应变曲线，即图2，而力学性能结果则为表3。而对试验所测量得到的结果进行计算后显示，在保证穿水冷却状态下的钢材与空冷状态下的钢材伸长率基本相同的条件下，热轧钢材在穿水冷却后的屈服强度平均数据相较于空冷状态下钢材358.03MPa的屈服强度要高出39.2%，即达到498.37MPa；抗拉强度平均数据则相较于空冷状态下钢材508.33MPa的抗拉强度要高出23.23%，达到626.44MPa。由此可见，在热轧钢材化学成分不被改变的基础上，采用穿水冷却工艺来处理热轧后的钢材，能够使钢材综合性能得到显著提高。钢材在热轧后处于空冷状态时的组织形态，即图3(a)、(b)、(c)，分别为边部组织形态、心部组织形态与边部到心部过渡区域的组织形态。由图3可见，空冷状态下的热轧钢材边部组织呈现出珠光体+铁素体，其晶粒度等级在12级左右，但边部细晶组织层则表现较窄，而珠光体+铁素体同样也是心部组织的形态，与边部组织相比，其晶粒尺寸要更大，等级在7级左右。而从过渡区域则明显显示出从边部到心部的晶粒组织的渐大化。钢材在热轧后处于穿水冷却状态时的组织形态，即图4(a)、(b)，分别为边部组织形态、心部组织形态。由图4可见，在穿水冷却下的热轧钢材边部组织呈现出回火索氏体的形态，其晶粒度等级在9.5级左右，珠光体+铁素体则为心部组织形态，其晶粒度等级在8.5级左右，1.6毫米的淬透层深。将空冷状态与穿水冷却状态下的两种热轧钢材的心部组织形态进行对比，即图5，可直观地看出，虽然珠光体+铁素体都是两种状态下钢材的心部组织形态，但是穿水冷却状态下的热轧钢材心部组织相较于空冷状态下要更为细小，因此在热轧后对钢材实施高强度冷却就能够促使细小的奥氏体迅速冷却至低温状态，能够有效使奥氏体晶粒的增大得到抑制，进而细化热轧钢材的心部组织，使其综合力学性能得到提升。经过这项试验很好地证明了，如果所使用的原料拥有相同的化学成分，那么通过对轧制与轧后冷却工艺的调整，就能够实现多种不同等级性能的钢材产品的生产，从而使炼钢、连铸的管理与操作得以简化，并对炼钢与连铸操作起到一定程度的稳定作用，另外对于不同用户的不同需求也能够尽量满足，将钢材性能潜力极大地进行发挥。与传统钢材生产企业的做法相比，即增加合金元素来使钢材强度增加的方法，实现了不添加任何合金元素而使钢材组织细化、提升钢材力学性能的目的，使得钢材生产企业的成本大幅度降低。因此热轧钢材穿水冷却工艺是极具应用与发展前景的。结 语：本试验通过将热轧钢材在两种不同冷却状态下，即空冷状态与穿水冷却状态下的钢材内部组成进行了深入研究，得出结论如下：1、 热轧钢材在穿水冷却状态下与空冷状态下的伸长率分别为22.68%与24.3%，基本一致，但是穿水冷却状态下的热轧钢材屈服强度的平均数据则提升了39.2%，即由空冷358.03MPa增至穿水498.37MPa；抗拉强度平均数据同样提升了23.23%，即由空冷508.33MPa增至穿水626.44MPa；2、 热轧钢材在穿水冷却状态下的边部组织呈现出回火索氏体的形态，其晶粒度等级9.5级左右，珠光体+铁素体为其心部组织形态，晶粒度等级8.5级左右，1.6毫米的淬透层深；3、 热轧钢材在空冷状态下的边部组织呈现出珠光体+铁素体的形态，其晶粒度等级在12级左右，心部组织相同，晶粒度等级在7级左右。 经综合计算与试验实测数据显示，热轧钢材经穿水冷却后，能够将钢材的综合性能显著提升，同时并不需要添加任何合金元素，相比于传统的钢材补强手段更具经济性与实用性，使钢材生产企业的生产成本得到大幅度降低。另外还能对冷床能力不足的问题进行解决，可见，热轧钢材穿水冷却工艺在钢材生产企业中是极具应用与发展前景的。参考文献：1 王艳林,郭海清,方明,张迟.轧后穿水冷却对热轧钢材组织性能的影响.J.热加工工艺.2011,40(4)2 关建东,康永林,韩启