40Cr冷镦钢盘条锭型偏析原因分析

马立国，郭大勇，宁东，罗建华，韩立涛，车安

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009；2.鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁鞍山114021；3.鞍钢股份有限公司线材厂，辽宁鞍山114021）

40Cr冷镦钢盘条锭型偏析原因分析

马立国1，郭大勇1，宁东2，罗建华2，韩立涛3，车安3

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009；2.鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁鞍山114021；3.鞍钢股份有限公司线材厂，辽宁鞍山114021）

通过成分线扫描、硬度测量、金相组织检验等方法，对鞍钢生产的40Cr冷镦钢盘条产生的锭型偏析缺陷成因进行了分析。线扫描结果显示，盘条Mn、Si、P、S、Cr元素分布均匀，C元素分布不均；盘条锭型区域硬度值最高，珠光体较多，C元素富集。试验结果表明，盘条C元素分布不均是导致锭型偏析的主要原因。

冷镦钢；40Cr盘条；锭型偏析

40Cr合金冷镦钢用于制造10.9级以上高强度紧固件，具有强度高、淬透性好等优点，广泛应用到建筑、机械、船舶、电子、汽车等行业。宝钢、台湾中钢、韩国浦项等企业生产的40Cr等合金冷镦钢盘条质量好，价格高，是国内企业生产高强度、高质量紧固件的原材料主要供应商；而邢钢等企业凭借地域、价格、售后等优势条件，在冷镦钢盘条市场中也占有重要地位。鞍钢股份线材厂具备生产规格40Cr冷镦钢盘条的工艺条件，但因不具备轻压下、缓冷、在线清理等技术，盘条质量无法得以保证，生产的40Cr冷镦钢盘条出现了锭型偏析缺陷。本文对r 冷镦钢盘条进行组织及成分分析，研究盘条锭型偏析缺陷的成因，为克服这一缺陷提供依据。

1　40Cr冷镦钢盘条生产工艺及成分要求

40Cr冷镦钢盘条生产工艺为：

铁水预处理→100 t转炉冶炼→LF炉精炼→喂丝→280 mm×380 mm方坯连铸（结晶器电磁搅拌）→155 mm×155 mm连轧坯→步进式加热→高速线材轧制→冷却→线材成品。

40Cr冷镦钢盘条化学成分控制要求见表1。

表1　40Cr冷镦钢盘条化学成分（质量分数）　%

2　盘条锭型偏析宏观形貌

从图1看出，盘条表面出现方框形锭型偏析，类似280 mm×380 mm的铸坯形状。盘条中的方框形锭型偏析是连铸坯元素偏析遗留下来的，是凝固过程中钢水流动传热和溶质再分配的结果。

3　锭型偏析原因分析及采取的措施

3.1盘条成分分析

利用EPMA 1610型电子探针对盘条试样沿图2所示锭型偏析长方形长边中线方向进行C、Mn、Si、P、S、Cr元素线扫描分析，分析结果见图2。从图中可以看出，Mn、Si、P、S、Cr元素分布均匀，无明显偏析现象；C元素存在M型偏析分布，即盘条中心对应C元素最低点，说明C元素负偏析；图1中显示较黑的区域对应C元素较高，说明C元素正偏析。

3.2盘条组织分析

对5D4740、5D4741、6D4821三炉钢分别取盘条样，按照HV5硬度测量方法沿冷镦钢盘条锭型黑色区域长边中线方向等距离取8点测量硬度，取样位置见图3，硬度值见图4。

从图4可以看出，盘条心部位置点4、5硬度最小，方形黑色区域3、6硬度最大，边部点1、2、7、8硬度居中，最大、最小硬度差为20。由电子探针分析结果可知，方形黑色区域的C含量较高，C增加时渗碳体含量随之增加，而渗碳体较铁素体是硬相，因此该区域硬度高。这一结果也证明了C元素分布不均是导致盘条锭型偏析的主要原因。

采用Axiovert 200 MAT金相显微镜观察盘条试样表面和心部组织，分别对表面脱碳层进行测量，盘条表面和中心组织形貌见图5、图6。

图5显示，盘条基体组织为铁素体+珠光体+少量索氏体，表面晶粒度为11.5级，有轻微脱碳现象，盘条表面光滑，无折叠、划伤、微裂纹等缺陷。图6为40Cr冷镦钢盘条中心组织形貌。

图6（a）显示，盘条正常处铁素体组织较多；图6（b）显示，偏析处珠光体组织较多。盘条在冷镦成型工艺中要承受70%的变形量，因此要求组织应具有良好的塑性、韧性，同时还要满足热处理后紧固件的高强度要求。盘条表面质量好，可以减少冷镦工艺生产中的产品表面开裂现象，提高成品率。

3.3盘条力学性能分析

40Cr冷镦钢盘条力学性能检验结果见表2。由表2可见，40Cr冷镦钢盘条各项技术指标检验表明，盘条直径符合GB/T14981中的C级精度，钢的断面收缩率较高，具有良好的冷镦成型性，能够满足用户生产高强度紧固件的要求。

表2　40Cr冷镦钢盘条力学性能

3.4讨论

碳在钢中的平衡分配系数为0.19～0.34，因此最先凝固的坯壳会出现很大的负偏析，而实际凝固时由于凝固速率很快，固液两相来不及建立平衡就已完全凝固，所以在凝固铸坯的表面一般出现的负偏析较小。

另外，Cr元素与C元素亲合力较强，基本上是置换渗碳体内的铁原子形成稳定性较高的合金渗碳体。40Cr冷镦钢中Cr含量在1%左右，较高的Cr元素也阻碍了C元素均匀扩散。

3.5措施及效果

针对40Cr冷镦钢盘条锭型偏析缺陷，在生产过程中采取的具体措施如下：

（1）钢水过热度由≤25℃提高到≤30℃。

（2）拉速由0.75 m/s降低到0.70 m/s。

（3）电磁搅拌电流强度从≥500 A降低到400 A。

采取上述措施后，有利于偏析元素的均匀分布，取得了良好效果。

4　结语

（1）盘条组织成分及硬度分析结果表明，C元素分布不均是导致鞍钢r 冷镦钢盘条锭型偏析缺陷的主要原因。

（2）40Cr冷镦钢盘条基体组织为铁素体+珠光体+少量索氏体，表面有轻微脱碳现象，无折叠、划伤、微裂纹等缺陷；盘条正常处铁素体组织较多，偏析处珠光体组织较多。

（3）未来40Cr冷镦钢盘条开发中，应着重研究过热度、二冷水强度和拉速等因素对锭型偏析缺陷的影响，以满足高强度、高质量紧固件的市场需求。

［1］许伟阳，曹志刚，颜慧成.齿轮钢大方坯宏观碳偏析及形成机制［J］.炼钢，2011（5）：27-30.

（编辑 袁晓青）

Analysis on Segregation in Ingot for Wire Rods of 40Cr Cold Forged Steel

Ma Liguo1，Guo Dayong1，Ning Dong2，Luo Jianhua2，Han Litao3，Che An3
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009, Liaoning,China;2.General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021, Liaoning,China;3.Wire Rod Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China）

By means of linear scanning for compositions,hardness measurement,metallographic examination,the causes leading to the segregation of an ingot for wire rods of 40Cr cold forged steel produced by Ansteel are analyzed.The results by linear scanning show that the elements such as Mn,Si,P,S and Cr are in homogeneous distribution in wire rods,but the element of C is not. The hardness value of the ingot for steel wire rods is highest with more pearlite and enriched C. The experimental results show that the segregation in ingot for wire rods is mainly caused by the uneven distribution of C.

cold forged steel;40Cr wire rod;segregation in ingot

TG335

A

1006-4613（2015）02-0059-04

马立国，硕士，工程师，2007年毕业于沈阳工业大学材料加工工程专业。

E-mail:mama_01@163.com

2014-05-06