高碳盘条V-Cr-Mo合金化对其组织性能的影响

李培兴，薛军，周敬，雷洪波，李松柏

（鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009）

高碳盘条V-Cr-Mo合金化对其组织性能的影响

李培兴，薛军，周敬，雷洪波，李松柏

（鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009）

在SWRH82B盘条中添加合金元素V、Cr和Mo，使82B盘条的各项力学性能得到改善，其中抗拉强度提高了约150 MPa，延伸率提高了约1%，断面收缩率提高了约7%。分析结果表明，微合金元素加入后，82B盘条强度的提高，主要是由于珠光体片层间距细化和铁素体片层固溶强化与析出强化的共同作用；延伸率和断面收缩率的提高，主要是由于珠光体球团的细化作用。

高碳盘条；合金元素；片层间距；珠光体球团

高碳钢盘条SWRH82B（简称82B）是生产预应力钢丝、钢绞线、钢绳的主要原料之一，高强度钢丝的特点要求盘条具备很高的强度和优良的塑性，且要经受冷拉变形，其质量及性能的优劣倍受用户关注，所以高强度钢丝的研发关键之一就是提高现有盘条的强度与塑性，而合金化技术已成为提高82B盘条强度与塑性的主要研究方向。研究表明，当高碳盘条中Cr含量控制在0.18%～ 0.24%时会增加索氏体量，有效提高盘条强度［1］。文献［2］也证实，向82B中添加Cr+V≤0.4%时，索氏体化率达到85%以上，性能得到明显改善。此外，向高碳盘条82B中单一添加V后，可细化索氏体片层，提高强度，但韧性相应下降，而V、N元素的同时加入可使82B索氏体片层及索氏体球团尺寸均减小，强韧性最高［3］。然而向82B钢中添加VCr-Mo系合金的研究还未有报道，本文从复合合金化的角度对82B钢的组织性能进行研究。

1 试验方法

试验用盘条工艺流程为：转炉冶炼—连铸连轧—粗轧—精轧—吐丝—风冷—集卷—检验—入

库。轧制后盘条控制冷却方式为斯太尔摩冷却法，盘条经过15天的自然时效处理。选取的材料为82B和合金化的82B（82B-1）两种，化学成分见表1。

表1 盘条的化学成分（质量分数）%

硝酸酒精溶液腐蚀试样横截面后，在ZEISS Aviovert 200 MAT光学显微镜下观察其金相组织，根据索氏体含量检测的国家标准测量索氏体化率。用苦味酸溶液腐蚀试样横截面，在光学显微镜上观察珠光体的球团尺寸，利用Imagetool软件对不同盘条样品的球团尺寸进行定量测量和计算。采用薄膜双喷法，在TECNATG2 20透射电镜上测量珠光体的片层间距，采用复型法，在透射电镜上观察析出相。在德国Zwick/Roell公司的Z100材料试验机上进行室温拉伸试验。

2 试验结果

2.1 盘条的金相组织

图1为两种盘条试样的金相组织及珠光体球团照片。从图1（a）、（b）中可看出，82B和82B-1的组织均为索氏体组织，两者的索氏体化率均为1级，索氏体含量均为95%以上。图1（c）、（d）为82B和82B-1的珠光体球团，经计算，82B的珠光体球团尺寸为7.6 μm，82B-1的珠光体球团尺寸为5.9 μm。

2.2 盘条的力学性能

表2为盘条的力学性能，从表中可以看出，与82B相比，82B-1的抗拉强度提高了约150 MPa，82B-1的延伸率提高了约1%，82B-1的断面收缩率提高了7%。

图1 两种盘条试样的金相组织及珠光体球团照片

表2 盘条的力学性能

2.3 析出相与片层间距的测量

图2为盘条的析出相。与82B相比，82B-1析出相的量较多，两者析出相的尺寸均为15～ 60 nm。经析出相成分测定，82B的析出相是Ti（C、N），而82B-1的析出相为Ti（C、N）和V（C、N）。

图3为盘条的TEM图。通过测量，得出82B的珠光体片层间距为100 nm，82B-1的珠光体片层间距为74 nm。从图3（c）和（d）的成分测定结果可知，82B中铁素体基体的成分为Fe、Mn和Si，Mn和Si固溶到铁素体基体中；82B-1中铁素体基体的成分为Fe、Mn、Si、Cr和Mo，Mn、Si、Cr和Mo固溶到铁素体基体中。

3 分析与讨论

加入合金元素V、Cr和Mo后，82B的力学性能得到改善，抗拉强度、延伸率和断面收缩率均得到不同程度的提高。一般认为，珠光体钢的强度与珠光体的片层间距和铁素体的片层强度等有关，

而韧性与珠光体球团尺寸有关。

提高珠光体钢强度的方法主要有三种［4］：

（1）细化珠光体片层间距。

（2）强化铁素体片层，主要是固溶强化和析出强化。

（3）增加渗碳体比例。

图2 盘条的析出相

图3 盘条的TEM图和铁素体成分

82B与82B-1碳的含量都是一致的，因此增加渗碳体比例的因素可以不予考虑。通过测量得出82B的珠光体片层间距约为100 nm，82B-1的珠光体片层间距约为74 nm，添加合金元素V、Cr和Mo后，珠光体片层间距细化。影响珠光体片层间距的主要因素是转变温度［5］，随着冷却速度增加，奥氏体转变温度降低，即过冷度不断增加，转变所形成的珠光体的片层间距不断减少，这有两个原因：①温度越低，碳原子扩散速度越小；②过冷度越大，形核率越高。添加合金元素后，奥氏体的稳定性增强，Cr能有效地延长奥氏体转变的孕育期，减缓奥氏体的分解速度，而Mo有强烈推迟珠光体转变的作用，同时使C曲线向右移，使82B-1珠光体转变温度降低，碳原子的扩散速度降低，从而珠光体片层间距减少。

通过TEM图与元素分析得出，82B中铁素体片层主要是由Si和Mn固溶，而82B-1中铁素体片层主要是由Si、Mn、Mo和Cr固溶。因此，与82B相比，合金元素Cr和Mo与Fe发生置换型固溶，强化了铁素体片层，提高了铁素体片层强度。析出相分析可知，与82B相比，82B-1析出相多了V（C, N），而析出相的量也多。向82B中加入V，V主要以析出为主，析出了V（C,N），82B-1中析出相对铁素体片层强度的提高也起到一定作用。因此向82B中添加微合金，抗拉强度得到提高主要得益于珠光体片层间距的细化和铁素体片层的固溶强化与析出强化的共同作用。

计算得到82B的珠光体球团尺寸为7.6 μm，82B-1的珠光体球团尺寸为5.9 μm。添加微合金元素Cr、Mo后，C曲线向右移，使82B-1珠光体转变温度降低，原子的扩散速度变慢，同时V的析出阻碍了晶粒长大，细化了晶粒，导致珠光体球团变小。因此添加微合金元素，细化了82B-1的珠光体球团，使延伸率和断面收缩率得到不同程度提高。

4 结论

（1）通过添加V、Cr和Mo合金元素，改善了82B盘条的力学性能，抗拉强度提高了约150 MPa，延伸率提高了约1%，断面收缩率提高了7%。

（2）微合金V、Cr和Mo元素的加入，82B盘条强度的提高主要得益于珠光体片层间距的细化和铁素体片层的固溶强化与析出强化的共同作用。

（3）微合金元素V、Cr和Mo的加入，细化了珠光体球团，在提高延伸率的同时，还有效提高了盘条的断面收缩率。

［1］刘振成,张利光,李斌.微合金元素对高碳钢盘条组织性能的影响［J］.炼钢,2008,24（6）:50-52.

［2］刘振成,侯基林,姜德刚.SWRH82B高碳盘条脆断原因分析［J］.钢铁,2003,38(4):52-55.

［3］Toshimi T,Toshiyuki A,Seiki N,et al.Wire rod for 2000 MPa galvanized wire and 2300 MPa PC stand［J］.Nippon steel Technical Report,1999(80):44-49.

［4］冯运莉,陈华辉,王成.微Cr高碳钢线材的应用［J］.金属热处理,2005,30（7）:28-30.

［5］Sychkov A B,Zhigarev M A,Perchatkin A V,et al,Highcarbon wire rod made of high-chromium steel［J］.Metallurgist, 2006,50（3-4）:183-188.

（编辑 袁晓青）

Effect of V-Cr-Mo Alloying on Microstructure and Property of Wire Rods with High Carbon

Li Peixing,Xue Jun,Zhou Jing,Lei Hongbo,Li Songbai
（Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China）

The various mechanical properties of the SWRH82B wire rod were improved by adding alloying elements such as V,Cr and Mo into the SWRH82B wire rod,in which the tensile strength increased by about 150 MPa,the elongation about 1%and the percentage reduction of area about 7%.The analytical results show that the strength increasing of the 82B wire rod is mainly ascribed to the combined action of the pearlite interlamellar-spacing refining and the ferrite lamellar solution strengthening and precipitation after the miroalloying elements were added.Meanwhile the ductility and the percentage reduction of area increasing of the 82B wire rod is mainly ascribed to the refining effect of pearlite colony.

high carbon wire rod;alloying element;interlamellar spacing;pearlite colony

TG335

A

1006-4613（2016）06-0019-03

2016-01-19

李培兴，硕士，助理工程师，2014年毕业于辽宁科技大学材料加工工程专业。E-mail：13644925300@126.com