控冷工艺对82B盘条相变行为影响的研究

王克杰 薛瑞 董天真 刘海英 骆春民 （天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301)

控冷工艺对82B盘条相变行为影响的研究

王克杰 薛瑞 董天真 刘海英 骆春民 （天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301)

利用Gleeble-3800热模拟试验机分别测定了82B盘条在静态和控冷状态下的CCT曲线，研究了控冷工艺对82B盘条相变行为和组织转变的影响。结果表明，与静态CCT相比，控冷工艺能够推迟珠光体转变，降低临界冷却速率，并且能够优化组织;相变时的最佳冷却速率应控制在3℃/s以下。

静态 控冷 CCT曲线 珠光体 转变 研究

1 前言

82B盘条是生产高强度、低松弛预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线的主要原料，不但要求有稳定的化学成分、纯净的钢质、同时要求有较高的索氏体含量和均匀的金相组织[1]，因此，要求82B盘条在吐丝后有一个良好的相变过程。钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线)对于了解钢在实际生产中的相变规律和组织性能具有重要的意义。现有可查的82BCCT曲线通常是静态CCT曲线，其冷却和相变过程与现实生产有较大不同，因此研究82B高碳盘条在控冷过程中的CCT曲线（以下简称控冷CCT曲线)及其相变规律，对制定合理的控冷工艺具有重要的指导意义。

2 试验材料、试样尺寸及试验方法

2.1 试验材料

试验所用材料为天钢生产的82B盘条，其化学成分见表1。

表1 试验用钢的化学成分 %

2.2 试样尺寸与形状

热模拟试样取自轧制成ø9 mm成品线材，机加工成ø8 mm×80 mm的圆棒试样。试样的尺寸与形状如图1所示。

2.3 试验方法

2.3.1 82B临界点的测定

按照黑色冶金行业标准YB／T5127-93的规定，用膨胀法测定钢的临界点[2]，以2℃/s的加热速率将试样加热到500℃，此后以200℃/h将试样加热到800℃（Accm)，保温15 min，再以200℃/h冷却试样，测得试样临界转变温度如表2所示。

表2 热模拟试样临界转变温度 /℃

2.3.2 实验钢CCT曲线的测定

本次试验在热模拟机上，采用热膨胀法并辅助以金相法测定CCT曲线。

为了能更准确地反映82B盘条在大生产控冷条件下的相变过程，我们模拟实际控冷工艺从较低但尚未发生相变的温度开始，以不同的冷却速度连续冷却试样并测定相变曲线，由此得到的CCT曲线称之为控冷CCT曲线。为了与常规静态CCT曲线比较，同时测定了82B盘条的静态CCT曲线。两种CCT曲线的测定工艺如下。

（1) 静态CCT曲线

将ø8 mm×80 mm的圆棒试样以20℃/s加热到900℃，保温15 min，分别以不同冷速进行恒速冷却，测量出试样的温度-膨胀量变化曲线，采用切线法在热膨胀曲线上确定相变温度。

（2) 控冷CCT曲线

将ø8 mm×80 mm的圆棒试样以20℃/s加热到900℃，保温15 min，先以9℃/s冷却到700℃，然后分别不同冷速进行恒速冷却，测量出试样的温度-膨胀量变化曲线，采用切线法在热膨胀曲线上确定相变温度。

热模拟试验后，将模拟试样制成金相试样，分别用共聚焦激光显微镜和扫描电镜观察金相组织，测定索氏体片层间距。

3 试验结果和分析

3.1 两种CCT曲线

实验测得的静态CCT曲线如图2所示。

冷却曲线的冷速从右向左分别为：1℃/s、2℃/s、3℃/s、4℃/s、5℃/s、6℃/s、9℃/s、15℃/s、18℃/s、20℃/s、25℃/s、30℃/s、35℃/s。

图2 静态CCT曲线图

实验测得的控冷CCT如图3所示。冷却曲线的冷速从右向左分别为 1℃/s、2℃/s、3℃/s、4℃/s、5℃/s、6℃/s、9℃/s、12℃/s、15℃/s、18℃/s、20℃/s。在 CCT 曲线上，相变区域主要是珠光体区，在较快的冷却速度下可以产生贝氏体和马氏体。

图3 控冷CCT曲线图

由图2、图3可以看出，过冷奥氏体连续冷却速度不同，发生的转变及组织不同。当冷速很小时，发生转变的开始温度和结束温度都很高，随着冷速增大，转变温度降低，且在完全产生珠光体的区域内，转变经历的温度区间随着冷速的增大而增大。

从图2、图3两图对比来看，在相同冷速下，图3的珠光体转变开始温度和结束温度均低于图2的，贝氏体和马氏体转变温度同样也较低，可见控冷工艺推迟了珠光体转变，使CCT曲线向下方移动;静态CCT曲线的临界冷却速率（即不产生珠光体的最小冷却速率)为18℃/s，而控冷CCT曲线的临界冷却速率为15℃/s，可见控冷工艺降低了临界冷却速率。

3.2 控冷工艺对相变及组织的影响

热模拟试样的原始状态为退火状态，退火温度为850℃/s，保温40 min，其室温下的金相组织为珠光体，见图4。

图4 试验的原始金相组织

将测完CCT曲线的热模拟试样沿热电偶焊接处剖开，经过磨抛后，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，观察该面的金相组织。不同冷却速度下两种工艺的金相组织见图5和图6。

图5 静态CCT曲线不同冷速下的金相组织

图6 控冷CCT曲线不同冷速下的金相组织

从金相组织图中可以看出，对于静态CCT曲线，当冷速小于4℃/s时，冷却到室温将得到全部珠光体和索氏体组织，只是组织的片层间距有所不同。当冷速为4℃/s时，开始出现少量贝氏体和马氏体。随着冷速增大，珠光体和索氏体的量逐渐减少，贝氏体和马氏体的量逐渐增多，当冷速为15℃/s时，冷却到室温的组织中大部分都为贝氏体和马氏体组织，珠光体和索氏体已经很少。当冷速在18℃/s以上（包括18℃/s)时，冷却到室温将得到全部贝氏体和马氏体组织，冷速越大，马氏体所占比例越高。

对于控冷CCT曲线，当冷速小于4℃/s时，冷却到室温将得到全部珠光体和索氏体组织，只是组织的片层间距可能有所不同。当冷速为4℃/s时，开始出现少量贝氏体和马氏体。随着冷速增大，珠光体和索氏体的量逐渐减少，贝氏体和马氏体的量逐渐增多，当冷速为12℃/s时，冷却到室温的组织中大部分都为贝氏体和马氏体组织。当冷速在15℃/s以上（包括15℃/s)时，冷却到室温将得到全部贝氏体和马氏体组织，冷速越大，马氏体所占比例越高。通过对比可知，在冷却速度等于4℃/s时，两种CCT曲线均出现了少量的贝氏体和马氏体，小于4℃/s时可得到全部的珠光体和索氏体;在冷却速度较大时，控冷CCT曲线得到贝氏体和马氏体的临界冷去速度比静态CCT曲线的要低。

为进一步研究控冷工艺对相变及组织的影响，利用扫描电镜对部分冷速下的金相组织进行观察，如图7～10所示。

图7 静态CCT工艺

图8 控冷CCT工艺

图9 控冷CCT工艺

从图7和8可以看出，当冷速为4℃/s时，两种工艺都开始出现贝氏体和马氏体，这在82B盘条生产中属于异常组织，是应该避免出现的;当冷速为6℃/s时，贝氏体和马氏体的量有所增加。静态CCT工艺得到的异常组织更粗大一些。

从图9和10可以看出，当冷速在4℃/s以下时，得到的组织为珠光体和索氏体，控冷CCT工艺得到的组织更均匀细密些。

在实际生产中要求82B盘条应具有良好的拉拨强度盘条应具有良好的拉拨强度和延伸性，因此其理想组织应是均匀细珠光体即索氏体，不得有贝氏体及马氏体。根据测定的静态和控冷CCT曲线，结合金相组织的对比，可知控冷工艺有助于优化组织，最佳冷却速度可控制在3℃/s以下。

3.3 冷却速度对索氏体片层的影响

82B盘条的相变在连续转变过程中形成不同层间距的珠光体，一般认为80 μm～150 μm的珠光体为索氏体组织[3]。事实上，即使在这个区间内，索氏体的性能仍然有很大的差异，因此在实际生产中应对索氏体片层间距予以足够的重视。见表3。

奥氏体向珠光体的转变是在一定过冷度下通过扩散实现的，过冷度是发生转变的驱动力。因此等温转变珠光体（索氏体)片层的成长是与转变温度紧密相关的，影响珠光体片层间距的主要因素是转变温度。随着转变温度降低，会形成愈来愈细的珠光体组织。在实际生产中，珠光体的转变是在连续冷却过程中进行的，相边分析时可将连续冷却过程划分为间隔为△t的若干个等温过程的组合，冷却速度越慢，越接近于等温过程，获得的组织层间距越均匀，反之亦然。此外由过冷奥氏体连续冷却转变曲线和实测数据表明，冷却速度越大，珠光体转变的温度区间也越大，开始转变的温度也越低，珠光体片层间距也就越小[4]。

4 结论

采用热膨胀法和金相法测定了82B试样静态和控冷两种CCT曲线，观察研究了控冷工艺对82B盘条相变和显微组织的影响，得到如下结论。

4.1 在一定的条件下，控冷工艺能够降低珠光体的转变开始温度和转变结束温度，即推迟珠光体转变，使CCT曲线下移，并且能够降低临界冷却速率。

4.2 在冷却速度等于4℃/s时，两种CCT曲线均出现了少量的贝氏体和马氏体，小于4℃/s时可得到全部的珠光体和索氏体。

4.3 在冷却速度较大时，控冷CCT曲线得到贝氏体和马氏体的临界冷却速度比静态CCT曲线的要低。

4.4 冷速越大，索氏体片层间距越小，且同一冷速得到的组织由边部向心部，片层间距逐渐增大。

4.5 实际生产中，最佳盘条控冷速率可控制在3℃/s以下。

[1]姚敢英，潘应君.82B钢盘条拉拔脆断的原因分析[J].武汉科技大学学报，2006，29(5):457-459.

[2]YB/T 5127-93，钢的临界点测定方法（膨胀法)[S].

[3]刘宗昌，任慧平，宋义全.金属固态相变教程[M].北京：冶金工业出版社，2003.

[4]吴香菊.82B控扎控冷工艺的研究[D].东北大学硕士学位论文，2006，44-55.

Study on Controlled Cooling Process Influence on 82B Wire Rod Transformation Behavior

Wang Kejie,Xue Rui,Dong Tianzhen,Liu Haiying,Luo Chunmin

CCT curves of 82B wire rod at static and controlled cooling states are measured and determined by Gleeble-3800 thermal simulation testing machine and the influence of controlled cooling process on the phase transformation behavior and structure transformation of 82B wire rod are studied.Results show,compared with static CCT,the controlled cooling can delay pearlite transformation,reduce threshold cooling rate and optimize the structure;the optimized cooling rate during transformation should be control under 3℃/s.

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（收稿 2010－06－20 责编 赵实鸣)

王克杰，男，教授级高工，1982年毕业于东北大学金属物理专业，现任天津钢铁公司技术中心物理实验室主任，从事钢铁材料物理检测及研究工作。