60Si2Mn弹簧钢的柔性轧制技术

总第１８２期　２０１ｉ年第２期　河北冶４＂－　ＨＥＢＥＩ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ　Ｔｏｔａｌ　１８２　２０１１，Ｎｕｍｂｅｒ　２　６０　Ｓｉ２Ｍｎ弹簧钢的柔性轧制技术　陈　敏　，董中奇　，陈　锐　，王　兵　，刘振民　（１．河北工业职业技术学院，河　Ｅ石家庄０５００９１；２．邢台钢铁有限公司，河北邢台０５４０２７）　摘要：通过调整终轧温度，研究了冷却速度对６０Ｓｉ２Ｍｎ钢相变组织及力学性能的影响。结果表明：终轧　温度和冷却速度的变化对６０Ｓｉ２Ｍｎ钢显微组织和性能有显著的影响，在相同的终轧温度下，随冷却速度　增大铁素体组织和珠光体片层间距得到细化，索氏体含量提高，硬度逐渐增加。　关键词：弹簧钢；化学成分；轧制；力学性能　中图分类号：ＴＧ１４２．４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—５００８（２０１１）Ｏ２—００１４—０４　ＦＬＥＸＩＢＬＥ　ＲＯＬＬ　Ｇ　Ｄ　ＰＲ０ＤＵＣＴＩｏＮ　ＯＦ　６０　Ｓｉ２Ｍｎ　ＳＰＲⅡ　Ｇ　ＳＴＥＥＬ　Ｃｈｅｎ　Ｍｉｎ　，Ｄｏｎｇ　Ｚｈｏｎｇｑｉ　，Ｃｈｅｎ　Ｒｕｉ　，Ｗａｎｇ　Ｂｉｎｇ　，Ｌｉｕ　Ｚｈｅｎｍｉｎ　（１．Ｈｅｂｅｉ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｖｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｓｈｉｊｉｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ，０５００９　１；２．Ｘｉｎｇｔａｉ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉｎｇｔａｉ，Ｈｅｂｅｉ，０５４０２７）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｅｎｄ—ｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｎ　ｐｈａｓｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　６０Ｓｉ２Ｍｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｔｈａｔ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｅｎｄ—ｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｈａｖｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｉｔ；ｕｎｄｅｒ　ｓａｍｅ　ｅｎｄ—ｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，　ａｓ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｇｅｔｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｌａｙｅｒ　ｇａｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ａｎｄ　ｐｅａｒｌｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｇｅｔ　ｆｉｎｅ，ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｒｂｉｔｅ　ｉｎ—　ｃｒｅａｓｅｄ，ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｈｉｇｈｅｒ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｓｐｒｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ；ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｒｏｌｌｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　１　引言　试验钢６０Ｓｉ２Ｍｎ分别在终轧温度９５０　ｏＣ和８５０　℃下不同冷速下进行连续冷却。冷却工艺参数如表　２所示。　表１试验６０Ｓｉ２Ｍｎ钢化学成分　％　随着汽车工业的发展，对汽车用弹簧钢的需求　量不断增加…。对于常用合金弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ来　说，其作为汽车悬挂系统的减震部件，不同的用户根　据不同的生产需求需要不同强韧性的产品。因此可　以通过提高冶金质量、调整控轧控冷工艺等多种途　径来改善弹簧钢的强韧性，从而满足不同用户对弹　簧钢性能的要求　。　本文主要是通过研究终轧温度与冷却速度对组　终轧温度／℃　８５０　９５０　冷速／（℃／ｓ）　１　１　织结构、力学性能的影响，从而实现弹簧钢的柔性轧　制技术，满足不同用户的需求。　２　实验材料和方法　１．９　１．９　２．６　２．６　３．４　３．４　３．８　３．８　４．３　４．３　５　５　９　９　采用单色红外测温仪监测合金温度。用Ｌｅｉｃａ　光学金相显微镜和扫描电镜以及能谱分析仪分析合　金显微组织和成分，采用ＰＲＯＦＩＬＥＲＨＲ型辉光光　谱分析仪分析钢中的化学成分，在统计一种元素的　时候，认为其他元素分布是相同的。　切取样坯刨光后用线切割切取小块试样，编号　试验用钢取自邢钢生产弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ进精　轧前的坯料，成分如表１所示，将其加工成　６　ｍｍ　×１５　ｍｍ的热模拟圆柱形试样。　收稿日期：２０１０—１２—０９　制作成拉伸试样，根据国家标准ＧＢ／Ｔ２２８—８７，采　用ＢＤＣＬ型材料力学多功能试验机对其力学性能　进行测试，试验在室温ｌ０～３５℃范围内进行，其性　作者简介：陈敏（１９７５一），女，２０１０年毕业于中南大学机械设计及自　动化专业，在河北工业职业技术学院工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｍｉｎ９８８７＠　１２６．ｃｏｍ　ｌ４　河北冶金　２０１１年第２期　能指标用ＧＢ／Ｔ２２８—２００２进行标注。　３　实验结果和讨论　示，其相应的连续冷却转变曲线如图１所示，图２显　示了在终轧温度９５０　ｏＣ和８５０￣Ｃ不同冷速下试样的　金相显微组织。　试验钢６０Ｓｉ２Ｍｎ分别在终轧温度９５０　ｏＣ和８５０　℃，不同冷速下的相变点温度及组织含量如表３所　表３　６０Ｓｉ２Ｍｎ钢不同冷却速度下的相变点及相含量　奥氏体化：１　０８０℃５ｍｉｎ　７５Ｏ　、　赠　６５０　Ｉ　Ｉ　ｌ　｛Ｉ　；　、　｝　｜　｜　；　ｌ．Ｊ　８５０　ｏＣ　Ｉ　｛　。ｌ｜　｛　｜　、　｝｜　　｜　ｌ　９５０℃　｜　｜　．＼　｜　＼　、　Ｉ｜　　｜　｝　＼、｜　｜　Ｊ　、　｜｜，　－　　ｊ　｜　；．　｜　Ｋ　；　０　－一　ｒ｜｜　｜｜　　｜　｝　．／　｜　＼　ｊ｜　ｊ＼　　ｉ．　弋　｜　＼－一　＿　●一　，　＼＼　＼　＼　＼　一　——　Ｊ　｜　冷　速，弋　、．　ｓ３　＼　ｆ　一　—ｊ　＼　—　‘１Ｏ　１０２　１０３　时间／ｓ　图ｌ　试验钢６０Ｓｉ２Ｍｎ在不同终轧温度的ＣＣＴ曲线图　从表３中可知，当冷速小于５℃／ｓ时，存在Ｆ　和Ｐ的两相组织。当冷速大于５℃／ｓ时，开始发生　马氏体转变，产生马氏体组织，占据珠光体的形核位　置，使珠光体的片层间距增大，影响产品的总终性　能。　从图２中可以看出在相同的终轧温度下，随冷　ｌ５　河北冶金　从图２和表３中看出，终轧温度为８５０　ｏＣ时，冷　速为４．３℃／ｓ条件下，珠光体片层间距最细小，索　氏体含量达到了８７％。　由图１可知在相同的冷却速度条件下，终轧温　度为９５０　ｏＣ的条件下，铁素体开始转变温度约为　７ｌｌ～６８０　ｏＣ，珠光体转变结束温度约为６２５～６ｌ０　℃；终轧温度为８５０　ｏＣ的条件下，铁素体开始转变温　度约为７３２—６９７　ｏＣ，珠光体转变结束温度约为６３９　～６２８　ｏＣ。这是由于终轧温度可以改变晶粒变形后　的储存能及晶界迁移率而影响到再结晶的形核速率　和晶粒长大速度，从而影响变形奥氏体的平均晶粒　尺寸，导致相变点温度发生变化。随着终轧温度的　升高，奥氏体向铁索体转变的相变温度Ａｒ３不断下　降。当变形在奥氏体再结晶区结束时，随终轧温度　的降低，温度补偿变形速率因子ｚ增大，变形奥氏　体平均晶粒尺寸变小，其长大倾向变小，有利于铁素　体形核，缩短了孕育期，导致相变点升高。而当变形　在奥氏体未再结晶区结束时，奥氏体被轧成扁平状，　使得单位面积内的晶界面积增加，为生成新相提供　了更多的形核位置，同时变形使奥氏体晶粒内部形　成了大量的变形带，这些变形带也为新相形核提供　了场所，所以随着终轧温度的降低，相变点温度上　升，终轧温度为８５０℃产生的铁素体含量大于终轧　温度为９５０　ｏＣ，其铁素体和珠光体的组织均匀性及　珠光体片层间距也要小于终轧温度为９５０　ｏＣ。　综上所述，不同的终轧温度、不同的相变冷却速　度都将对弹簧钢的珠光体、铁素体百分含量以及其　片层间距产生影响，而珠光体的片层间距决定直接　２０１１年第２期　影响弹簧钢硬度的提高，所以通过调整不同的终轧　温度、不同的相变冷却速度达到弹簧钢柔性轧制的　目的。　４　结论　在相同的化学成分下，根据用户的不同需求可　实现弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ的柔性轧制技术：　（１）珠光体球团和珠光体片层间距的大小控制　是主要的影响因素，可以通过调整终轧温度以及相　变冷却速度达到调整弹簧钢强度的目的；　（２）对于高强度弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ，可以控制终　轧温度控制在８５０　ｏＣ左右，控制相变冷速在４．３～　４．５℃／ｓ，从而获得高强度的产品；　（３）对于满足拉拔性能、较低强度级别的弹簧　钢６０Ｓｉ２Ｍｎ，可以控制终轧温度控制在９５０　ｏＣ左右，　根据不同规格进精轧温度控制在９００　ｏＣ左右，控制　相变冷速不高于２　ｏＣ／ｓ，从而获得强度级别较低、拉　拔性能较好的产品。　参考文献　［１］黄胜永，侯现军，刘浩林．弹簧钢丝生产及市场状况［Ｊ］．金属制　品，２００７，３３（６）：１９～２０．　［２］刘雅政，孙景宏，李志强，等．有效控制产品质量的轧制技术［Ｊ］．　轧钢，２００３，２０（３）：１９～２２　［３］梁亮，关庆丰，王敏，等．６０Ｓｉ２Ｍｎ钢中（ＢＦ十ＡＲ）显微组织的　形成规律及其力学性能［Ｊ］．金属热处理，２００３，２８（５）：ｌ８～２０．　［４］张鹏，冯光纯．６０Ｓｉ２Ｍｎ弹簧钢的控轧控冷工艺［Ｊ］．特殊钢，　２００１，２２（２）：３８～４１．　［５］刘相华，王国栋，杜林秀，等．钢材性能柔性化与柔性轧制技术　［Ｊ］．钢铁，２００６，４１（１１）：３２～３６．　１７