Page 29 - 理化检验-物理分册2023年第十二期

骆春民, 等: 低碳钢盘条轧后控冷新技术

条终轧到吐丝前高温区的氧化; 吐丝后分两个阶段 表2 不同工艺控冷模拟试验后试样的显微组织

设定为900 ℃ 和 加热 冷却 开冷 开冷
进行冷却, 第1阶段开冷温度 T 2
试样 / / 显微
分别设定为1.5 , 1 , 0.5℃ / s , 第 温度 / 时间 温度 / 温度 /
v 1 v 2
930℃ , 冷却速率v 1 编号 ( ℃ · s ) ( ℃ · s ) 组织
-1
-1

分别设定为600 , 750 , 830℃ , 冷 ℃ / s ℃ ℃
2阶段开冷温度T 3
分别设定为 3 , 1 , 6 , 8 ℃ / s 。试验后各试 1 930 20 900 1.5 600 3 F+P

却速率v 2
样经激光显微镜和扫描电镜能谱分析, 以研究各工 2 950 20 930 1.5 600 3 F+P
艺条件下试样的显微组织结构及表面氧化铁皮的结 3 930 20 900 1.0 600 3 F+P
构和厚度变化规律, 寻找最佳控冷工艺。 4 930 40 900 1.0 600 3 F+P
2.2 试验结果及分析 5 950 20 930 1.0 600 3 F+P
2.2.1 控冷过程奥氏体组织转变 6 950 40 930 1.0 600 3 F+P
低碳钢盘条属于亚共析钢, 终轧后将奥氏体冷 7 950 10 930 0.5 600 1 F+P
( 冷却时奥氏体开始析出铁素体的温
却到低于 A r3 8 950 10 930 0.5 750 6 A+P+AF
度) 温度时, 先在晶界上析出铁素体, 为先共析铁素 9 930 2 930 0.5 750 6 A+P+AF
体 F , 先共析铁素体含量随着冷却速率的增大而减 10 930 2 930 0.5 830 6 A+P+AF
少。随着温度的继续降低, 奥氏体向铁素体转变; 当 11 930 2 930 0.5 830 8 A+P+AF
( 冷却时奥氏体向珠光体
温度降至低于共析线 A r1
素体相区后冷却速率增大, 可以得到针状铁素体组
转变开始温度) 温度时, 奥氏体将发生共析转变, 形
织, 如8~11号试样, 特别是11号试样, 由开冷温度
成珠光体。根据冷却速率及冷却温度的不同, 铁素
930℃缓冷到830℃ , 奥氏体进入先共析铁素体相区
体的形态有等轴形铁素体、 多边形铁素体、 针状铁素
达到8℃ / s 时, 冷却组织中出现了大量的针状
后, v 2
体 [ 1 ] 等, 同时共析转变形成的珠光体会随冷却速率
铁素体, 且针状铁素体在试样的中心及边部分布较均
的增大及转变温度的降低而变得细化, 从而盘条的
匀。从10号与11号试样的显微组织看出, 随着v 2
力学性能提高。大量的研究表明 [ 2-3 ] , 在奥氏体晶粒
的增大, 针状铁素体含量也增多, 可见针状铁素体的
度一定的前提下, 组织中形成分布均匀的针状铁素
生成与冷却速率是密切相关的。针状铁素体组织不
体, 以保持强度相对不变, 而韧性得到有效改善。针
但可以分割原奥氏体晶粒、 细化组织, 同时还能提高
状铁素体是在冷却过程中, 温度稍高于上贝氏体温
盘条的塑性变形能力, 对盘条的后续加工是有益的。
度时, 通过切变相变形成的具有高密度位错的非等
2.2.2 控冷过程氧化铁皮的生成
轴贝氏体铁素体。微观来看, 针状铁素体的尺寸、 位
低碳钢盘条冷却过程生成的氧化铁皮称为三次
错密度及其结构形式是决定韧性的重要因素, 所以 氧化铁皮。一次氧化铁皮是在加热炉中生成的, 并
细小针状铁素体的高密度位错亚结构及其良好的位 由初轧前的高压水除鳞机将其去除。粗轧过程中和
错组态是针状铁素体钢比多边形铁素体钢有更高韧 粗轧后生成的为二次氧化铁皮, 其可经粗轧剥离或
性的内在原因。为了提高低碳钢盘条的使用性能或 由二次除鳞机去除。精轧过程中和精轧后生成的氧
再加工过程的力学性能和拉拔性能, 通过轧后控制 化铁皮即为三次氧化铁皮, 其在随后盘卷和冷却过
冷却能得到分布均匀的针状铁素体组织。 程中, 进一步生长并发生结构转变。因此, 三次氧化
不同工艺控冷模拟试验后试样的显微组织如表 铁皮影响盘条表面最终的氧化铁皮厚度。
2所示( 表中 F为马氏体, P为珠光体, A 为奥氏体, 在低碳钢盘条终轧后的冷却过程中, 由于表层
AF为针状铁素体)。 与氧气接触发生化学反应, 生成的氧化物吸附在盘
由表2可知, 1 ~7号试样组织均为等轴及多边 条表面, 成为三次氧化铁皮。
形铁素体加珠光体, 而8~11号试样显微组织中除了 研究表明 [ 4-5 ] , 邻铁层是比较疏松且厚度较大的
等轴及多边形铁素体加珠光体外, 还有针状铁素体 和非常薄的表
FeO , 依次向外是比较致密的 Fe 3O 4
( 见图1 )。结合各冷却工艺的开冷温度及冷却速率 。盘条控冷后表面氧化铁皮的能谱线分
面层 Fe 2O 3

可知: 低碳钢盘条奥氏体冷却到共析转变区600℃以 析结果如图2所示。由图2可知: 最里层为铁基体,

后, 以1℃ / s 或3℃ / s的冷却速率得不到针状铁素 往外层氧元素含量增加, 铁元素含量降低, 而后铁、
体组织, 如 1~7 号试样; 而在奥氏体进入先共析铁 氧元素出现平缓期, 最外层氧元素含量再次增加, 铁
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