加热条件和轧制过程温度对35K盘条组织的影响

D0I:10.13374/j.issm1001053x.2010.11.010 第32卷第11期 北京科技大学学报 Vo32N911 2010年11月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Noy 2010 加热条件和轧制过程温度对35K盘条组织的影响 杨 浩) 唐萍)文光华)孙维)汪开忠2)吴坚 1)重庆大学材料科学与工程学院.重庆4000442)马鞍山钢铁股份有限公司，马鞍山243000 摘要盘条表层的魏氏组织是35K冷墩盘条冷镦开裂的主要原因.为控制表层魏氏组织，首先在实验室模拟了加热炉的加 热时间和均热温度，然后根据实验室的研究结果在工厂进行了不同轧制过程温度的试验.试验结果表明：当在加热时间80~ 90m迎均热温度1160~1230℃，终轧温度820一840℃和吐丝温度800一820℃的条件下，所获得的盘条组织均匀、表层魏氏组 织小于1级，有效地防止了冷镦开裂. 关键词盘条：冷镦：魏氏组织：奥氏体；开裂 分类号TG33563 Effect of heating condition and rolling process tem perature on the m icrostruc ture of35K wire rods YANG Had)TANG Ping)WEN Guang_hua SUN We WANG Ka i hong.WU Jian 1)Colkge ofMatera Science and Engineerng ChongingUniversit Chongqing 400044 China 2)Maanshan Ion and SeelCo Ld.Maanstan243000 China ABSTRACT A surfaceW imans tten microstructure is he principal cause of crackng of35K wire rods during cold head ng To control he surfaceW idnans tenmicrostructure heatng tine and soak ng tem peraure in a heatng fumace were smu lated n the labo. rapry And then plant tails of olling process temperature were conduced accordng p he aboratory sudies The resu lts shoved that the microstucures ofw ire rods were un ifom and he grade of suraceW imans ttenm icrostucures was less han I under the condi tipns of the sok ng temperature from 1 160 to1 230C.the heatng tine from 80 p90m n he finishing rollng temperatre fron 820 to840C and the laving tem peraure fiom 800 to 820C.which couH efectivey prevent the crackng n he process of col heading KEY WORDS wire rods coH heading W idnans tten microstrucure ausenie crackng 冷镦钢，又称为铆螺钢或冷顶锻钢，是利用 轧材表层指在表层0.5m范围内.为此，通过对 金属的塑性，采用冷镦加工成型工艺生产互换性 加热炉加热条件（加热时间和均热温度）、轧制过 较高的标准件用钢，常用于生产螺栓、螺钉等 程温度进行研究，以获得均匀的盘条组织，防止 紧固件和制造冷挤压零部件及冷镦成形的零配 冷镦开裂 件.我国自20世纪80年代开始冷镦钢生产和技 1盘条组织特征分析 术开发以来，生产能力和技术水平都取得了较大 的进步【21.马钢冷墩钢的生产，无论在数量和 如前所述，目前碳质量分数为0.35%的35K冷 质量上都处于国内前列，但目前其生产的35K冷 墩钢生产的主要问题是由轧材表层的微观组织异常 镦盘条出现了不同程度的冷镦开裂.分析表明， 现象引起的冷镦开裂.轧材显微组织异常主要表现 冷镦开裂的原因并非铸坯表面缺陷、钢中化学成 为图1(9~(9所示的三种类型，其各自所占比例 分和非金属夹杂所致【，而是轧材表层粗大魏 如表1所示.金相图片均是用4%的硝酸酒精腐蚀 氏组织导致的微观组织不均匀（异常）所致，其中 后所得. 收稿日期：2010一04一19 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(N92007BAE30D0) 作者简介：杨浩(1984-)，男，顾士研究生：唐萍(1962-)，女，教授，硕士生导师，Ema即n@c明山m

第 32卷 第 11期 2010年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.11 Nov.2010 加热条件和轧制过程温度对 35K盘条组织的影响 杨 浩 1) 唐 萍 1) 文光华 1 ) 孙 维 2) 汪开忠 2 ) 吴 坚 2) 1) 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400044 2) 马鞍山钢铁股份有限公司, 马鞍山 243000 摘 要 盘条表层的魏氏组织是 35K冷墩盘条冷镦开裂的主要原因.为控制表层魏氏组织, 首先在实验室模拟了加热炉的加 热时间和均热温度, 然后根据实验室的研究结果在工厂进行了不同轧制过程温度的试验.试验结果表明:当在加热时间 80 ～ 90min、均热温度 1 160 ～ 1230℃、终轧温度 820 ～ 840℃和吐丝温度 800 ～ 820℃的条件下, 所获得的盘条组织均匀、表层魏氏组 织小于 1级, 有效地防止了冷镦开裂. 关键词 盘条;冷镦;魏氏组织;奥氏体;开裂 分类号 TG335.6 + 3 Effectofheatingconditionandrollingprocesstemperatureonthemicrostruc￾tureof35Kwirerods YANGHao1) , TANGPing1) , WENGuang-hua1) , SUNWei2) , WANGKai-zhong2) , WUJian2) 1) CollegeofMaterialsScienceandEngineering, ChongqingUniversity, Chongqing400044, China 2) MaanshanIronandSteelCo.Ltd., Maanshan243000, China ABSTRACT AsurfaceWidmanstättenmicrostructureistheprincipalcauseofcrackingof35Kwirerodsduringcoldheading.To controlthesurfaceWidmanstättenmicrostructure, heatingtimeandsoakingtemperatureinaheatingfurnaceweresimulatedinthelabo￾ratory.Andthenplanttrailsofrollingprocesstemperaturewereconductedaccordingtothelaboratorystudies.Theresultsshowedthat themicrostructuresofwirerodswereuniformandthegradeofsurfaceWidmanstättenmicrostructureswaslessthan1 underthecondi￾tionsofthesoakingtemperaturefrom1 160 to1 230℃, theheatingtimefrom80 to90min, thefinishingrollingtemperaturefrom820 to840℃ andthelayingtemperaturefrom800 to820℃, whichcouldeffectivelypreventthecrackingintheprocessofcoldheading. KEYWORDS wirerods;coldheading;Widmanstättenmicrostructure;austenite;cracking 收稿日期:2010-04-19 基金项目:国家科技支撑计划资助项目 ( No.2007BAE30B00) 作者简介:杨 浩 ( 1984— ), 男, 硕士研究生;唐 萍 ( 1962— ), 女, 教授, 硕士生导师, E-mail:tping@cqu.edu.cn 冷镦钢, 又称为铆螺钢或冷顶锻钢, 是利用 金属的塑性, 采用冷镦加工成型工艺生产互换性 较高的标准件用钢 [ 1] , 常用于生产螺栓 、螺钉等 紧固件和制造冷挤压零部件及冷镦成形的零配 件 .我国自 20 世纪 80年代开始冷镦钢生产和技 术开发以来, 生产能力和技术水平都取得了较大 的进步 [ 2 -5] .马钢冷墩钢的生产, 无论在数量和 质量上都处于国内前列, 但目前其生产的 35K冷 镦盘条出现了不同程度的冷镦开裂 .分析表明, 冷镦开裂的原因并非铸坯表面缺陷 、钢中化学成 分和非金属夹杂所致 [ 6 -9] , 而是轧材表层粗大魏 氏组织导致的微观组织不均匀 (异常 )所致, 其中 轧材表层指在表层 0.5 mm范围内 .为此, 通过对 加热炉加热条件 (加热时间和均热温度 ) 、轧制过 程温度进行研究, 以获得均匀的盘条组织, 防止 冷镦开裂 . 1 盘条组织特征分析 如前所述, 目前碳质量分数为 0.35%的 35K冷 墩钢生产的主要问题是由轧材表层的微观组织异常 现象引起的冷镦开裂.轧材显微组织异常主要表现 为图 1( a) ～ ( c)所示的三种类型, 其各自所占比例 如表 1所示.金相图片均是用 4%的硝酸酒精腐蚀 后所得. DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.11.010

第11期 杨浩等：加热条件和轧制过程温度对35K盘条组织的影响 ·1429° 50m 50m 50m 图1冷鐵盘条组织不均匀类型.（两轻微组织不均：（恶化的组织不均：(9脱碳条件下的组织不均 Fg1 Nonunifom m icrostrucures of coH heading wire rods (a sht ronunipm m icostrucune (b deterom ted norunifm m icrostructure 表1三种不均匀组织所占比例 在35K冷镦钢生产过程中，影响奥氏体晶粒大 Table 1 Prpontion of three kinds of nonuniom m icrostructure 小的环节有：①铸坯在高温的加热炉内加热时间过 组织不均类别 所占比例% 第一类 81 长，会使其奥氏体化过程中晶粒生长粗大：②终轧和 第二类 13 吐丝温度过高，会使变形后回复再结晶过程的奥氏 第三类 6 体晶粒生长粗大.①中粗大的奥氏体晶粒，将使晶 注：样本数为173个. 界面积减小，影响变形后回复再结晶过程的奥氏体 经过大量的金相图片观察，并参照钢的显微组 晶粒细化.它和②中产生的粗大晶粒一样，会在原 织评级图(GB13299-91)中魏氏组织的图谱可知： 来正常冷却速率条件下产生魏氏组织.因此，为防 图1(9~(9的组织异常现象均是魏氏组织的表 止产生粗大的奥氏体晶粒，可从两个方面考虑：①控 现.当图1（马（第一类）严重发展时，不均匀的组织 制轧制过程温度（包括终轧和吐丝温度）：②调整加 恶化，即表现为2级以上粗大的魏氏组织 热炉中的加热时间和均热温度，防止在一定温度下 (图1(b):当图1（某些原因（如裂纹、过烧等） 因加热时间过长使奥氏体晶粒粗大. 导致高温下钢坯表层发生氧化脱碳时，则产生了第 资料表明，35K钢在正常奥氏体晶粒大小条 三类低碳条件下的魏氏组织（图1(9）.其中，第二 件下连续冷却时，在A→A转变过程中（斯太尔 类组织异常的发生，即2级以上魏氏组织的产生导 摩冷却区)出现魏氏组织的临界冷却速率为2.5℃· 致了盘条冷镦开裂. s.因此，在正常奥氏体晶粒大小条件下，为防止 魏氏组织会使钢的力学性能特别是冲击韧度 魏氏组织的产生，须控制冷却速率小于2.5℃。s 和塑性显著降低，并提高了钢的脆性转化温度，因而 图2为铸坯表层局部魏氏组织发展的组织特 使之容易发生脆性断裂.因此，在生产中要尽量减 征.其所导致的微观成分不均，会因加热炉中均热 少或避免魏氏组织的产生.本文研究表明，为防止 温度过低或加热时间过短而未均匀化并遗传到轧制 冷镦过程开裂，表层魏氏组织须控制在1级以下， 产品中，也是钢坯在后续轧制过程中产生组织异常 魏氏组织的形成是钢中碳含量、奥氏体晶粒大 的原因之一，通常称之为铸坯的原始组织遗 小以及冷却速率共同作用的结果.在亚共析钢中， 传121国 当奥氏体晶粒细小时，只有碳质量分数吧= 0.15%~035%的狭窄范围内.且冷却速率较快时 才能形成魏氏组织.但是，当奥氏体晶粒越粗大 时，形成魏氏组织的碳含量范围变宽，即使在较慢的 冷却速率下，也易产生魏氏组织.因此，魏氏组织的 产生总是和奥氏体晶粒粗化联系在一起9.对碳 含量已定的钢种，控制魏氏组织发展的方法是控制 50 um 奥氏体晶粒大小和奥氏体向铁素体转变(A;,A) 时的冷却速率，而冷却速率是否合适又需要根据奥 图235K铸坯表层粗大的魏氏组织 氏体晶粒大小来确定，可见控制奥氏体晶粒大小是 F琴2Lar您W imansti ten stuc ure a the5 urface kyer of a35K 关键. billet

第 11期 杨 浩等:加热条件和轧制过程温度对 35K盘条组织的影响 图 1 冷镦盘条组织不均匀类型.( a) 轻微组织不均;( b) 恶化的组织不均;( c) 脱碳条件下的组织不均 Fig.1 Nonuniformmicrostructuresofcoldheadingwirerods:( a) slightnonuniformmicrostructure;( b) deterioratednonuniformmicrostructure; ( c) nonuniformmicrostructureatdecarbonizationcondition 表 1 三种不均匀组织所占比例 Table1 Proportionofthreekindsofnonuniformmicrostructure 组织不均类别 所占比例 /% 第一类 81 第二类 13 第三类 6 注:样本数为 173个. 经过大量的金相图片观察, 并参照钢的显微组 织评级图 ( GB13299— 91)中魏氏组织的图谱可知 : 图 1( a) ～ ( c)的组织异常现象均是魏氏组织的表 现 .当图 1( a) (第一类 )严重发展时, 不均匀的组织 恶 化, 即 表 现 为 2 级 以 上 粗 大 的 魏 氏 组 织 (图 1( b) ) ;当图 1( a)某些原因 (如裂纹 、过烧等 ) 导致高温下钢坯表层发生氧化脱碳时, 则产生了第 三类低碳条件下的魏氏组织 (图 1( c) ) .其中, 第二 类组织异常的发生, 即 2 级以上魏氏组织的产生导 致了盘条冷镦开裂. 魏氏组织会使钢的力学性能, 特别是冲击韧度 和塑性显著降低, 并提高了钢的脆性转化温度, 因而 使之容易发生脆性断裂.因此, 在生产中要尽量减 少或避免魏氏组织的产生.本文研究表明, 为防止 冷镦过程开裂, 表层魏氏组织须控制在 1级以下. 魏氏组织的形成是钢中碳含量 、奥氏体晶粒大 小以及冷却速率共同作用的结果.在亚共析钢中, 当奥 氏体 晶粒细 小时, 只 有碳 质量分 数 wC = 0.15% ～ 0.35%的狭窄范围内, 且冷却速率较快时 才能形成魏氏组织 [ 10] .但是, 当奥氏体晶粒越粗大 时, 形成魏氏组织的碳含量范围变宽, 即使在较慢的 冷却速率下, 也易产生魏氏组织 .因此, 魏氏组织的 产生总是和奥氏体晶粒粗化联系在一起 [ 10] .对碳 含量已定的钢种, 控制魏氏组织发展的方法是控制 奥氏体晶粒大小和奥氏体向铁素体转变 ( Ar3※Ar1 ) 时的冷却速率, 而冷却速率是否合适又需要根据奥 氏体晶粒大小来确定, 可见控制奥氏体晶粒大小是 关键. 在 35K冷镦钢生产过程中, 影响奥氏体晶粒大 小的环节有:①铸坯在高温的加热炉内加热时间过 长, 会使其奥氏体化过程中晶粒生长粗大;②终轧和 吐丝温度过高, 会使变形后回复再结晶过程的奥氏 体晶粒生长粗大 .①中粗大的奥氏体晶粒, 将使晶 界面积减小, 影响变形后回复再结晶过程的奥氏体 晶粒细化 .它和 ②中产生的粗大晶粒一样, 会在原 来正常冷却速率条件下产生魏氏组织.因此, 为防 止产生粗大的奥氏体晶粒, 可从两个方面考虑:①控 制轧制过程温度 (包括终轧和吐丝温度 ) ;②调整加 热炉中的加热时间和均热温度, 防止在一定温度下 因加热时间过长使奥氏体晶粒粗大. 资料表明 [ 11] , 35K钢在正常奥氏体晶粒大小条 件下连续冷却时, 在 Ar3 ※Ar1转变过程中 (斯太尔 摩冷却区 )出现魏氏组织的临界冷却速率为 2.5℃· s -1 .因此, 在正常奥氏体晶粒大小条件下, 为防止 魏氏组织的产生, 须控制冷却速率小于 2.5 ℃·s -1. 图 2 35K铸坯表层粗大的魏氏组织 Fig.2 LargeWidmanstättenstructureonthesurfacelayerofa35K billet 图 2 为铸坯表层局部魏氏组织发展的组织特 征.其所导致的微观成分不均, 会因加热炉中均热 温度过低或加热时间过短而未均匀化并遗传到轧制 产品中, 也是钢坯在后续轧制过程中产生组织异常 的原因之 一.通常称 之为 铸坯 的原始 组织 遗 传 [ 12 -13] . · 1429·

。1430 北京科技大学学报 第32卷 由此提出通过调整加热炉均热温度和加热时 3加热时间与铸坯组织的关系 间、控制终轧和吐丝温度以及斯太尔摩冷却过程的 冷却速率，以避免粗大魏氏组织的产生，防止盘条冷 铸坯原始组织导致的微观成分不均的消除，需 镦开裂 在一定的加热时间和均热温度条件下才能实现. 经计算1,140mmX140m连铸坯的理论加热时 2轧钢生产工艺条件 间为108m即而原工艺加热时间小于70m?这会 35怜镦盘条轧钢过程的生产工艺参数如表2 使铸坯重新奥氏体化时因加热时间不足致使成分未 所示.由表可知：通过对现场斯太尔摩冷却速率测 均匀化，进而在后续的轧制过程中产生粗大的魏氏 试表明，在A,→A转变过程中，该斯太尔摩冷却段 组织. 的冷却速率为024~1.58℃·s,小于前述产生魏 实验室取35K铸坯样，放入到1210℃的加热炉 氏组织的临界冷却速率25℃。s.因此，在正常奥 中加热，加热时间分别为65、80和95m然后水淬 氏体晶粒大小条件下，目前采用的冷却速率合理. 冷却试样并观察不同条件下的铸坯组织.由图3可 表235K冷镦盘条轧钢过程的生产工艺参数 知：在现有均热温度条件下，加热时间约为80mn Tab 2 Product ion Process param eters in oolling Process for35K col 时，铸坯原始微观组织的不均性得以消除 headingwie ods (图3(b),淬火后得到均匀的马氏体组织；但如果 轧钢工艺参数 控制范围 加热时间不足，铸坯微观成分未充分均匀化 加热时间 <70mn 均热温度 1160-1230℃ (图3（马），加热时间大于95m后，将会得到粗大 终轧温度 820-960℃ 的奥氏体晶粒（图3(9）.对比表2的生产工艺条 吐丝温度 800-860℃ 件，目前采用的加热时间不能均化原始铸坯成分，要 相变过程中斯太尔 024-158℃-1 消除成分不均和控制奥氏体晶粒大小，合适的加热 摩段的冷却速率 (实际测量) 时间为80一90m识 50 um 50 um 50m 图3不同加热时间条件下的试样淬火后组织.(65m识(80m!(995mn F3 Microstrucares of quenched samples after heating for different tme nterals (a 65m (b 80m (c95 mn 表435K冷镦盘条加热时间现场试验方案 4工业性试验方案的建立 Table4 Trial pojects of heating tme a the ood poging of35K col heading wire rads 通过以上分析，为验证加热时间的实验室模拟 均热温度℃终轧温度℃吐丝温度℃ 结果，获得均匀的盘条组织，建立了表3.表4所示 加热时间m血 <7080-90>1101120-1230820-920800-820 的工业性试验方案，并取样分析相关性 表335K冷辙盘条终轧和吐丝温度现场试验方案 Tab le3 Trial prjects of fnishing rolling and laying tempera tre on he 5试验结果分析 cod forging of35K cold head ing wie oods 加热时间m血均热温度℃终轧温度℃吐丝温度℃ 5.1吐丝温度的影响 820-840 800-820 图4为吐丝温度对盘条表层魏氏组织级别的影 60-110 1160-1230 920-960 800-840 响.表5为不同吐丝温度条件下的盘条组织及其相 >940 >850 应加热条件

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 由此提出通过调整加热炉均热温度和加热时 间 、控制终轧和吐丝温度以及斯太尔摩冷却过程的 冷却速率, 以避免粗大魏氏组织的产生, 防止盘条冷 镦开裂 . 2 轧钢生产工艺条件 35K冷镦盘条轧钢过程的生产工艺参数如表 2 所示.由表可知:通过对现场斯太尔摩冷却速率测 试表明, 在 Ar3 ※Ar1转变过程中, 该斯太尔摩冷却段 的冷却速率为 0.24 ～ 1.58 ℃·s -1 , 小于前述产生魏 氏组织的临界冷却速率 2.5℃·s -1.因此, 在正常奥 氏体晶粒大小条件下, 目前采用的冷却速率合理. 表 2 35K冷镦盘条轧钢过程的生产工艺参数 Table2 Productionprocessparametersinrollingprocessfor35Kcold headingwirerods 轧钢工艺参数 控制范围 加热时间 <70min 均热温度 1 160 ～ 1 230℃ 终轧温度 820 ～ 960℃ 吐丝温度 800 ～ 860℃ 相变过程中斯太尔 摩段的冷却速率 0.24 ～ 1.58℃·s-1 (实际测量 ) 3 加热时间与铸坯组织的关系 铸坯原始组织导致的微观成分不均的消除, 需 在一定的加热时间和均热温度条件下才能实现 [ 14] . 经计算 [ 15] , 140 mm×140 mm连铸坯的理论加热时 间为 108 min, 而原工艺加热时间小于 70 min, 这会 使铸坯重新奥氏体化时因加热时间不足致使成分未 均匀化, 进而在后续的轧制过程中产生粗大的魏氏 组织 . 实验室取 35K铸坯样, 放入到 1210℃的加热炉 中加热, 加热时间分别为 65、80和 95 min, 然后水淬 冷却试样并观察不同条件下的铸坯组织 .由图 3可 知:在现有均热温度条件下, 加热时间约为 80 min 时, 铸 坯 原 始 微 观 组 织 的 不 均 性 得 以 消 除 (图 3( b) ), 淬火后得到均匀的马氏体组织 ;但如果 加热时 间 不足, 铸坯 微 观成 分未 充 分均 匀 化 (图 3( a) ), 加热时间大于 95 min后, 将会得到粗大 的奥氏体晶粒 (图 3 ( c) ) .对比表 2的生产工艺条 件, 目前采用的加热时间不能均化原始铸坯成分, 要 消除成分不均和控制奥氏体晶粒大小, 合适的加热 时间为 80 ～ 90 min. 图 3 不同加热时间条件下的试样淬火后组织.( a) 65min;(b) 80min;( c) 95min Fig.3 Microstructuresofquenchedsamplesafterheatingfordifferenttimeintervals:(a) 65min;( b) 80min;( c) 95min 4 工业性试验方案的建立 通过以上分析, 为验证加热时间的实验室模拟 结果, 获得均匀的盘条组织, 建立了表 3、表 4所示 的工业性试验方案, 并取样分析相关性. 表 3 35K冷镦盘条终轧和吐丝温度现场试验方案 Table3 Trialprojectsoffinishingrollingandlayingtemperatureonthe coldforgingof35Kcoldheadingwirerods 加热时间 /min 均热温度 /℃ 终轧温度 /℃ 吐丝温度 /℃ 820 ～ 840 800 ～ 820 60 ～ 110 1 160 ～ 1 230 920 ～ 960 800 ～ 840 >940 >850 表 4 35K冷镦盘条加热时间现场试验方案 Table4 Trialprojectsofheatingtimeonthecoldforgingof35Kcold headingwirerods 加热时间 /min 均热温度 /℃ 终轧温度 /℃ 吐丝温度/℃ <70, 80 ～ 90, >110 1 120 ～ 1 230 820 ～ 920 800 ～ 820 5 试验结果分析 5.1 吐丝温度的影响 图 4为吐丝温度对盘条表层魏氏组织级别的影 响.表 5为不同吐丝温度条件下的盘条组织及其相 应加热条件. · 1430·

第11期 杨浩等：加热条件和轧制过程温度对35K盘条组织的影响 1431 3.0 由于其加热时间偏短.虽然吐丝温度为830~840℃ 时产生的2级魏氏组织可能是加热时间过长、终轧 员2.5 温度过高共同作用的结果，但当吐丝温度大于 2.0 850Q时，不同的加热条件盘条表层都产生了2级 15 以上的魏氏组织.尤其当吐丝温度高达930℃时， 1.0 ◆ 内部也出现了1.5级的魏氏组织（图6）.因此，要 通过控制奥氏体晶粒大小来控制魏氏组织，吐丝温 度是关键，提出合适的吐丝温度为800~820℃. 780 800 820840 860880 表5不同吐丝温度条件下盘条组织及其相应加热条件 吐丝温度 Table5 Micostuctures and comespand ing hea ting conditons of wire 图4吐丝温度对盘条表层组织的影响 ods at different laying tempera tres F溪4 Effect of ly ing temper题tre on the sur府ce micostuctre of 加热时间mn均热温度C 吐丝温度℃试样表层组织 wire rods 70-90 1160-1230 790-820 ≤1级W 由图4和表5可知：盘条吐丝温度较低时 65-170 1160-1230 830-840 ≤2级W (790~820℃)，有利于控制盘条晶粒大小，故其组 65-170 1160-1230 >850 >2级W 织较均匀（图5），其中少量级魏氏组织的产生是 注：表中W表示魏氏组织，后文图、表中均简述为W 50m 50 jm 图5吐丝温度为810℃时试样表层（两和中心(b处的均匀显微组织 Fg5 Unifmm icrostructres on the surface (a and cener(b of the sample when the ky ing tmperaure is810C 501m 50 图6吐丝温度为9300时试样表层（两和中心(b处的显微组织 Fg 6 Micostuc treson the surace(a and center(b of the sample when the ayng gmpem ure is 930C 5.2终轧温度的控制 由图7和表6可知：虽然加热时间对盘条组织 图7为终轧温度对盘条表层魏氏组织级别的影 有影响，但从总体趋势来看，在吐丝温度一定的条件 响，而不同终轧温度所对应的加热条件和吐丝温度 下，魏氏组织级别随终轧温度的增加而增加，达到 如表6所示. 1000℃时魏氏组织发展到3级.在吐丝温度较低

第 11期 杨 浩等:加热条件和轧制过程温度对 35K盘条组织的影响 图 4 吐丝温度对盘条表层组织的影响 Fig.4 Effectoflayingtemperatureonthesurfacemicrostructureof wirerods 由图 4 和表 5 可知:盘条吐丝温度较低时 ( 790 ～ 820 ℃), 有利于控制盘条晶粒大小, 故其组 织 较均匀 ( 图 5), 其中少量 1级魏氏组织的产生是 由于其加热时间偏短.虽然吐丝温度为830 ～ 840 ℃ 时产生的 2级魏氏组织可能是加热时间过长、终轧 温度过高共同作用的结果, 但当吐丝温度大于 850 ℃时, 不同的加热条件盘条表层都产生了 2 级 以上的魏氏组织 .尤其当吐丝温度高达 930 ℃时, 内部也出现了 1.5级的魏氏组织 (图 6) .因此, 要 通过控制奥氏体晶粒大小来控制魏氏组织, 吐丝温 度是关键, 提出合适的吐丝温度为 800 ～ 820℃. 表 5 不同吐丝温度条件下盘条组织及其相应加热条件 Table5 Microstructuresandcorrespondingheatingconditionsofwire rodsatdifferentlayingtemperatures 加热时间 /min 均热温度 /℃ 吐丝温度 /℃ 试样表层组织 70 ～ 90 1 160 ～ 1 230 790 ～ 820 ≤1级 W 65 ～ 170 1 160 ～ 1 230 830 ～ 840 ≤2级 W 65 ～ 170 1 160 ～ 1 230 >850 >2级 W 注:表中 W表示魏氏组织, 后文图、表中均简述为 W. 图 5 吐丝温度为 810℃时试样表层 ( a)和中心 ( b)处的均匀显微组织 Fig.5 Uniformmicrostructuresonthesurface(a) andcenter( b) ofthesamplewhenthelayingtemperatureis810℃ 图 6 吐丝温度为 930℃时试样表层 ( a)和中心 ( b)处的显微组织 Fig.6 Microstructuresonthesurface( a) andcenter( b) ofthesamplewhenthelayingtemperatureis930℃ 5.2 终轧温度的控制 图 7为终轧温度对盘条表层魏氏组织级别的影 响, 而不同终轧温度所对应的加热条件和吐丝温度 如表 6所示 . 由图 7和表 6可知:虽然加热时间对盘条组织 有影响, 但从总体趋势来看, 在吐丝温度一定的条件 下, 魏氏组织级别随终轧温度的增加而增加, 达到 1 000 ℃时魏氏组织发展到 3级 .在吐丝温度较低 · 1431·

。1432 北京科技大学学报 第32卷 条件下(800一820℃)，由于终轧温度较高，盘条也 3.0 会产生粗大魏氏组织，9400时达到2.5级.因吐丝 属2.5 温度会随着终轧温度的升高而增加，故为得到合适 的吐丝温度，应首先控制终轧温度，这也是防止表层 1.5 ◆ ■通■■ 粗大魏氏组织的重要方面.在930~1000℃终轧温 e1.0 度范围内都存在一定程度的粗大魏氏组织，因此盘 的0.5·■ n■第” 条终轧温度应小于920℃. 吐丝、终轧温度分析表明：在二者都高的情况下 0■■s■ 820 860 900940 980 会因相变前的奥氏体晶粒粗大，使魏氏组织发展严 终轧温度/℃ 重.因此提出合适的终轧、吐丝温度分别为820~ 图7终轧温度对盘条表层组织的影响 840℃和800-820℃. Fg7 Effect of fnishing olling tmperare on the surface mic structure ofwire rods 表6不同终轧温度条件下的盘条组织及其相应加热条件 Table 6 Micstructure and coresponding heating conditions ofwire od at different fnishing rolling tmperatues 加热时间/mn 均热温度℃ 吐丝温度℃ 终轧温度℃ 试样边沿处组织 70-90 1160-1230 800-820 820-840 ≤05级W 65-170 1160-1230 800-820 20-940 05-15级W 65-170 1160-1230 800-820 >940 05-25级W 65-170 1160-1230 830-850 940-960 1-3级W 65-170 1160-1230 830-850 >960 >2级W 注：由于轧制是一个连续过程，因此一般而言，吐丝温度会随着终轧温度的升高而适当增加，故将吐丝温度分为两个范围以便于终轧温度 的讨论.W表示魏氏组织 5.3加热时间和均热温度的匹配 变形后的晶粒细化，使魏氏组织大于1级. 在吐丝和终轧温度一定的条件下（表6），盘条 因此，一定均热温度范围，须有合适的加热时间 组织特征却出现了差异，这是由于其他加热条件不 相匹配.图8中椭圆标定的范围是在控制好吐丝和 同，因此在控制好吐丝和终轧温度的前提下，还要求 终轧温度的前提下，二者的合适匹配，即均热温度为 有合理的加热时间和均热温度.图8为不同加热时 1160~1230℃，加热时间为80~90m最大不超 间和均热温度条件下的盘条表层组织.加热时间不 过100m口这与加热时间实验室模拟结果一致. 足或均热温度过低时，均不能消除铸坯表层魏氏组 织带来的微观成分不均，以至轧材产生了1.5级魏 6结论 氏组织.在均热温度1170~1210℃范围内，当加热 (1)35K钢轧制过程中粗大奥氏体晶粒的产生 时间大于100m后，又会因加热时间过长而影响 以及由铸坯表层粗大魏氏组织引起的微观成分不均 1220F 是盘条产生魏氏组织的原因. 12(00H (2)为防止变形后的盘条奥氏体晶粒粗大，须 三1180 控制吐丝和终轧温度，且保证低的吐丝温度比控制 终轧温度更为重要.这是由于吐丝温度高，一定会 合理的均热温度和 圳热时间范用 ·0级体 产生严重的魏氏组织：而终轧温度高，可通过控制吐 1140 。0.5级 41级W 丝温度，适当降低魏氏组织的级别.盘条合适的终 1120 轧和吐丝温度分别为820~840℃C和800~820℃. 80 100120140160 加热时间min (3)为消除铸坯成分不均和避免奥氏体晶粒粗 大，在控制吐丝、终轧温度的前提下，加热时间与均 图8加热时间和均热温度对盘条表层组织的影响 热温度须有合适的匹配.匹配关系为均热温度为 Fig 8 Effect of heating tme and soak ing tempemure on he surface 1160~1230℃，加热时间控制在80~90mn为宜， micostucture ofwire ras 最大不超过100m识

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 7 终轧温度对盘条表层组织的影响 Fig.7 Effectoffinishingrollingtemperatureonthesurfacemicro￾structureofwirerods 条件下 ( 800 ～ 820 ℃), 由于终轧温度较高, 盘条也 会产生粗大魏氏组织, 940 ℃时达到 2.5级 .因吐丝 温度会随着终轧温度的升高而增加, 故为得到合适 的吐丝温度, 应首先控制终轧温度, 这也是防止表层 粗大魏氏组织的重要方面.在 930 ～ 1 000 ℃终轧温 度范围内都存在一定程度的粗大魏氏组织, 因此盘 条终轧温度应小于 920℃. 吐丝 、终轧温度分析表明 :在二者都高的情况下 会因相变前的奥氏体晶粒粗大, 使魏氏组织发展严 重.因此提出合适的终轧 、吐丝温度分别为 820 ～ 840 ℃和 800 ～ 820 ℃. 表 6 不同终轧温度条件下的盘条组织及其相应加热条件 Table6 Microstructureandcorrespondingheatingconditionsofwirerodatdifferentfinishingrollingtemperatures 加热时间 /min 均热温度 /℃ 吐丝温度 /℃ 终轧温度 /℃ 试样边沿处组织 70 ～ 90 1 160 ～ 1 230 800 ～ 820 820 ～ 840 ≤0.5级 W 65 ～ 170 1 160 ～ 1 230 800 ～ 820 920 ～ 940 0.5 ～ 1.5级 W 65 ～ 170 1 160 ～ 1 230 800 ～ 820 >940 0.5 ～ 2.5级 W 65 ～ 170 1 160 ～ 1 230 830 ～ 850 940 ～ 960 1 ～ 3级 W 65 ～ 170 1 160 ～ 1 230 830 ～ 850 >960 >2级 W 注:由于轧制是一个连续过程, 因此一般而言, 吐丝温度会随着终轧温度的升高而适当增加, 故将吐丝温度分为两个范围以便于终轧温度 的讨论.W表示魏氏组织. 图 8 加热时间和均热温度对盘条表层组织的影响 Fig.8 Effectofheatingtimeandsoakingtemperatureonthesurface microstructureofwirerods 5.3 加热时间和均热温度的匹配 在吐丝和终轧温度一定的条件下 (表 6), 盘条 组织特征却出现了差异, 这是由于其他加热条件不 同, 因此在控制好吐丝和终轧温度的前提下, 还要求 有合理的加热时间和均热温度 .图 8为不同加热时 间和均热温度条件下的盘条表层组织 .加热时间不 足或均热温度过低时, 均不能消除铸坯表层魏氏组 织带来的微观成分不均, 以至轧材产生了 1.5 级魏 氏组织 .在均热温度 1170 ～ 1 210℃范围内, 当加热 时间大于 100 min后, 又会因加热时间过长而影响 变形后的晶粒细化, 使魏氏组织大于 1级. 因此, 一定均热温度范围, 须有合适的加热时间 相匹配.图 8中椭圆标定的范围是在控制好吐丝和 终轧温度的前提下, 二者的合适匹配, 即均热温度为 1 160 ～ 1 230 ℃, 加热时间为 80 ～ 90 min, 最大不超 过 100 min.这与加热时间实验室模拟结果一致 . 6 结论 ( 1) 35K钢轧制过程中粗大奥氏体晶粒的产生 以及由铸坯表层粗大魏氏组织引起的微观成分不均 是盘条产生魏氏组织的原因 . ( 2) 为防止变形后的盘条奥氏体晶粒粗大, 须 控制吐丝和终轧温度, 且保证低的吐丝温度比控制 终轧温度更为重要 .这是由于吐丝温度高, 一定会 产生严重的魏氏组织;而终轧温度高, 可通过控制吐 丝温度, 适当降低魏氏组织的级别 .盘条合适的终 轧和吐丝温度分别为 820 ～ 840 ℃和 800 ～ 820 ℃. ( 3) 为消除铸坯成分不均和避免奥氏体晶粒粗 大, 在控制吐丝 、终轧温度的前提下, 加热时间与均 热温度须有合适的匹配 .匹配关系为均热温度为 1 160 ～ 1 230 ℃, 加热时间控制在 80 ～ 90 min为宜, 最大不超过 100 min. · 1432·