SWRCH35K热轧盘条魏氏组织及混晶组织的消除

秦国防 董战利 付 岩

（1.济源职业技术学院机电工程学院； 2.河南济源钢铁（集团）有限公司）

关键字 SWRCH35K 魏氏组织 混晶 控冷工艺

0 前言

35K，全称SWRCH35K，冷镦线材，碳含量为0.35%左右，被广泛用于螺栓、螺帽等各类紧固件和各种冷镦成型的零配件[1]。随着冷镦成型工艺的过程控制智能化,对热轧盘条的表面质量、内在质量、成分和微观组织的均匀性、冷加工性能等均有更高的要求[2-6]。河南济钢自生产SWRCH35K冷镦钢以来，产品投放市场后受到广大用户的好评，但初期有部分用户反映SWRCH35K产品有魏氏组织、晶粒不均等组织缺陷。为了改善SWRCH35K的使用性能，通过对实验数据进行研究分析，找出了SWRCH35K盘条魏氏组织及混晶缺陷的主要原因，并提出了针对控冷工艺的优化措施，以期能够为同行业企业实际生产提供借鉴和指导。

1 生产条件

1.1 自动生产工艺流程

钢坯加热→压水除鳞→粗轧6架轧制→1#飞剪切头→中轧6架轧制→2#飞剪切头尾→预精轧6架轧制→预水冷箱冷却→3#飞剪切头尾→精轧机轧制（根据不同规格选用不同轧制道次）→水冷箱冷却→吐丝机成圈→风冷线冷却→集卷筒成卷→成品检验→剪头尾→打包→称量→挂牌→入库。

1.2 各温度点温度、风冷辊道速度及保温罩开启状态

测量并记录优化前后各温度点的数据，具体数据见表1，优化前后风冷辊道各段速度及保温罩开启状态见表2。

表1 优化前各温度点温度 ℃

表2 优化前风冷辊道各段速度及保温罩开启情况

2 金相试验

2.1 样品制备

取Φ16.0 mm规格SWRCH35K样品，用锯切机将样品切成圆柱形试样，试样不得受到高温影响。对试样横断面进行研磨、抛光；用4%硝酸酒精溶液对样品进行侵蚀。

2.2 试验结果

在蔡司电子金相显微镜下，分别放大100×和500×观察样品的金相组织。100×下观察到的样品边部和心部的金相组织为不均匀混晶及魏氏组织，如图1所示；500×下观察到的样品边部和心部的金相组织出现魏氏组织及粒状贝氏体，如图2所示。

图1 改进前100×金相组织

图2 改进前500×金相组织

金相组织对冷镦钢产品性能的影响非常突出,良好的冷镦钢金相组织应为铁素体+珠光体(F+P),不应有贝氏体组织和魏氏组织[7]。在冷却速度过大时,盘条中会出现贝氏体和魏氏组织[8]。

从图1、图2可以看出，放大100倍时，样品的边部及心部存在严重混晶组织，细晶组织晶粒度7～8级，粗晶组织晶粒度3～4级[9]；放大500倍时，样品的组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏体+魏氏组织[10]。

从试验结果可知，样品组织的晶粒大小不一，且晶粒度差别超过4级，存在较严重的混晶组织。过低的晶粒度会导致材料脆化和强度下降[11]；粒状贝氏体由于其硬度高，将恶化材料的冷加工性能，而严重的魏氏组织将切割机体、降低钢的机械性能，对冲击韧性的影响更大[12-16]。图2中的这种混晶组织可以导致材料脆升高、强度和冲击韧性下降、硬度升高、冷加工性能降低。

3 原因分析

3.1 相变温度

SWRCH35K钢热物性参数包括密度、热容、导热系数、传热系数、液相线温度、固相线温度等[17]，其中SWRCH35K钢的密度为7.827 g/cm3（14 ℃）。

Ac1和Ac3分别表示加热过程中组织开始转变为奥氏体和全部转变为奥氏体的温度，Ar3表示亚共析钢高温奥氏体化后，冷却时铁素体开始析出的温度，Ms表示钢奥氏体化后，随着温度降低，奥氏体开始转变为马氏体的温度。以上相变温度可以通过经验关系式求得, 经验关系式如下：

根据式（1）～式（4）求得的SWRCH35K钢的相变温度为：Ac1=716.3 ～ 723.8 ℃，Ac3=789.3 ～ 804.6 ℃，Ar3=705.2 ～ 754.0 ℃，Ms=351.2 ～ 384.8 ℃。

3.2 CCT曲线分析

采用膨胀法结合金相-硬度法测定的SWRCH35K冷镦钢的CCT曲线如图3所示。

图3 SWRCH35K冷镦钢的CCT曲线

从图3可以看出，A→F的转变贯穿整个冷速区间；发生A→P转变的最大冷却速度约为5 ℃/s；冷却速度大于5 ℃/s时，转变产物中不存在珠光体组织；贝氏体的生成范围也很大，由0.5 ℃/s到直接喷水冷却都有贝氏体组织存在； SWRCH35K铁素体的相变开始温度为790 ℃,铁素体和珠光体相变结束温度为710 ℃，而表1中出保温罩的温度最低值为730 ℃，这说明有部分奥氏体还没有转变结束却出了保温罩，出保温罩后冷却速度加快，从而产生魏氏组织和粒状贝氏体。而精轧入口温度低于950 ℃，处于未再结晶区域进行轧制，容易得到粗细不均的混晶组织。因此，控制轧制过程各点度及轧后冷却速度是控制混晶、魏氏组织及粒状贝氏体的关键。

4 控冷工艺优化

4.1 工艺优化措施

通过对SWRCH35K金相检验及理论分析可知，SWRCH35K产品存在混晶、粒状贝氏体、魏氏组织等组织缺陷的主要原因是控制轧制及控冷工艺不当，因此，改进控冷工艺是提高SWRCH35K产品使用性能的关键。工艺改进后各温度点温度见表3，风冷辊道各段速度及保温罩开启情况见表4。

表3 优化后各温度点温度 ℃

表4 优化后风冷辊道各段速度及保温罩开启情况

4.2 优化后试验结果

控冷工艺经过优化后所轧制SWRCH35K金相组织如图4、图5所示，图4中100×组织晶粒较细小且较均匀无魏氏组织出现，图5中显示500×组织铁素体呈块状分布。样品组织为均匀细小的P+F组织，晶粒度7～8级。

随后我们按照同样的思路对Ф6.5 mm、Ф8.0 mm、Ф10.0 mm等规格控冷工艺进行了优化，都达到了预期的效果。

5 结语

（1）经过实验及理论分析，SWRCH35K中魏氏组织是由于出保温罩后冷却速度加快造成，混晶组织是由于精轧在未再结晶区轧制造成的。

（2）控冷工艺改进措施：通过降低吐丝温度，调整入保温罩及出保温罩温度可以消除魏氏组织；通过提高精轧入口温度，使精轧道次在再结晶区轧制消除混晶。

图4 100 ×组织晶粒较细小且较均匀无魏氏组织出现

图5 500 ×组织铁素体呈块状分布