工程機械用鋼熱軋工藝研究

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工程機械是國民生產(chǎn)中重要的組成部分，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程機械行業(yè)也成為機械行業(yè)中發(fā)展最快的一部分。因此，在工程機械中對鋼鐵產(chǎn)品的性能和質(zhì)量也提出了更高的要求，對所用鋼的強度越來越高。為了滿足對工程機械用鋼高強度的要求，國內(nèi)外陸續(xù)開發(fā)了ULCB鋼和HSLA鋼等種類。目前，在先進工業(yè)國家中已經(jīng)采用590～950MPa抗拉強度的高強度焊接鋼和1080MPa及以上的耐磨鋼，在工程機械中采用這些高強度鋼可以有效提高工程機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。高強度工程機械用鋼要求其不僅強度高、韌性良好，同時由于工程機械大多采用焊接的方法連接，所以又要求高強度工程機械用鋼具有較好的成型性和可焊接性。在鋼鐵材料中強度的強化主要有細(xì)晶強化、固溶強化、析出強化等不同機制作用，而在高強度工程機械用鋼中，一般同時將多種強化方式結(jié)合從而達到對高強度工程機械用鋼強度的要求。最初國內(nèi)屈服強度在600MPa以上的高強度工程機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，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)工程機械用高強度鋼時常遇到控冷能力、卷取能力等問題。因此，本文以PQ600型高強度工程機械用鋼為對象，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械用高強度鋼的組織和性能的影響，并對其進行分析，從而為生產(chǎn)出性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定的PQ600高強度工程機械用鋼提高借鑒。

1實驗材料與方法

本實驗用的PQ600型高強度工程機械結(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實驗結(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高強度工程機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高強度工程機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