CN103143563B - 一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法，原理属于金属学，应用于冶金生产。65Mn钢轧后空冷、卷取、运输和堆垛冷却过程中伴随铁素体析出、奥氏体分解为珠光体，导致钢铁材料体积的膨胀。本发明将轧后相变温度控制在卷取之后，板卷卸卷后钢卷头部和尾部暴露在空气中，冷却速度较大，立刻发生铁素体析出和奥氏体向珠光体相变导致体积膨胀，在钢卷各层之间产生涨紧力，使整个钢卷各层松紧程度加强，随后的运输过程中钢卷不易发生塌卷现象。优点在于：在保证65Mn钢性能前提下，利用相变热膨胀来防止其热轧板卷在卷取后运输过程中发生塌卷现象，该方法在优化65Mn钢实物质量、提高生产效率等方面简单易行，成本较低。
Description
技术领域：
一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法，原理属于金属学，应用于冶金生产。
背景技术：
目前，国内生产的各类锯片主要是用65Mn钢制成的，65Mn是比较传统的锯片材质。随着各类锯切机械中装备锯片的大型化和高速化，对传统锯片材料65Mn钢力学性能提出了更高的要求，如何在不降低其韧性和耐磨性的前提下，从根本上提高锯片的内在质量，延长使用寿命，使传统材料焕发出新的光彩，是金属材料及材料加工工作者亟待解决的问题。
钢铁材料会随着温度的改变发生连续的热胀和冷缩现象，但当试样发生固态相变时，体积的不连续变化常会发生，故导致热膨胀的不连续变化。因此通过分析热膨胀的变化就可以研究相变的情况。钢材的不同温度下的线胀系数和不同钢种的各种相变温度可通过热膨胀现象来测定。
CCT曲线对钢的冷却过程中的组织控制具有重要意义，CCT曲线可以显示各种临界冷却速率，为选择合适的冷却速度提供依据，对了解钢的性能与组织、合理选用钢种、制定合理的控轧控冷工艺和热处理工艺等都是必不可缺的技术资料，在新钢种开发、特别是在新工艺的研究中发挥重要的作用，因而在现实中获得了广泛的应用。
钢中各组织的比容关系是：奥氏体＜铁素体＜珠光体＜贝氏体＜马氏体。所以在钢的组织相变过程中，凡发生碳化物析出，铁素体溶解，珠光体转变为奥氏体和马氏体转变为α相的过程将有体积的收缩；铁素体析出、奥氏体分解为珠光体或马氏体的过程将导致钢铁材料体积的膨胀。若有相变发生，则由于新旧两相的结构不同、比容不同，材料的体积将发生不连续变化，因而热膨胀曲线在相变发生的温度处形成拐点。根据此拐点，就可以比较容易地确定各种相变点。热膨胀试验方法是目前最常用、最可靠的方法，它不但可以测定奥氏体稳定性较高的、相变转变速度较慢的钢种，同时也能测定奥氏体稳定性较低的、相变转变速度较快的钢种，特别是在研究热处理工艺和控轧控冷工艺，如奥氏体形变热处理、控制轧制和控制冷却等方面都十分方便。
本发明是利用65Mn钢轧后冷却、卷取、运输和堆垛冷却过程中组织转变对钢材体积膨胀变化的影响，即将轧后相变温度点控制在精整过程中卷取工艺之后，此时热轧板卷卸卷，钢卷头部和尾部暴露在空气中，相对冷却速度较大，立刻发生铁素体析出和奥氏体向珠光体相变，导致钢铁材料体积的膨胀，在钢卷各层之间产生涨紧力，使整个钢卷各层松紧程度加强，随后的运输过程中钢卷不会发生塌卷或者扁卷的现象。
发明内容：
本发明的目的是采用高于相变点温度进行卷取，利用相变热膨胀来防止65Mn热轧板卷在运输过程中发生塌卷或者扁卷的现象。
本发明是一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法，其特征在于：所述65Mn钢化学成分质量百分比为：0.62％～0.65％C、0.25～0.35％Si、1.0％～1.10％Mn、P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：≤0.040％；Ni：≤0.020％；Cu：≤0.020％，余量为Fe及不可避免杂质。
上述技术方案中，一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法，其特征在于所述的65Mn热轧板卷终轧温度为870℃～920℃，卷取温度为730℃～750℃，抗拉强度可为735MPa～890MPa，卷取后热轧板卷在运输和冷却过程中不发生塌卷。
本发明一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法，步骤如下：
根据上述特征所述的化学成分进行冶炼，铸造成连铸板坯；将板坯进行加热、轧制，其特征在于：粗轧开轧温度1150℃～1180℃，粗轧道次变形量为15～25％，精轧总变形量为50％以上，终轧温度为870℃～920℃，终轧板厚为3mm～7mm。进一步包括步骤：轧后冷却、卷取及运输和堆垛冷却，其特征在于：轧后空冷，然后至730℃～750℃卷取，卸卷、运输、堆垛冷却。
本发明的优点在于：在不降低65Mn钢韧性和耐磨性的前提下，采用高温卷取方式，利用相变热膨胀来防止其热轧板卷在运输过程中发生塌卷或者扁卷的现象，该方法在优化65Mn钢内在实物质量、提高生产效率等方面简单易行，成本较低。
附图说明：
附图1是本发明65Mn钢CCT曲线示意图。
附图2是本发明65Mn钢奥氏体不同冷速下的显微组织。
具体实施方式：
试验采用膨胀法结合金相-硬度法测定65Mn钢的CCT曲线。首先在Gleeble-3500热模拟机上测定65Mn钢的临界点Ar1、Ar3、Ac1、Ac3以及Ms，然后测定65Mn钢在12种不同冷却速度下连续冷却时的膨胀曲线，根据不同膨胀曲线上的拐点或切点，结合金相组织，可以确定相变温度，最终获得65Mn钢的连续冷却转变曲线。化学成分见表1。
表165Mn试验钢坯化学成分(质量分数，％)
将实验室冶炼的铸坯锻至中间坯，厚度35mm，并进行均匀化退火。然后在中间坯上使用线切割机加制取Φ8mm×15mm规格的试样。
在Gleeble-3500热模拟机上测定试样的各临界点。为保证试样组织均匀，参考已有文献，试样的奥氏体化温度选用950℃。在2min内将试样加热至950℃，保温10min，以0.05℃·s-1的冷却速度将奥氏体化后的试样连续冷却，测得降温膨胀曲线，并在其上确定Ar1、Ar3；以0.05℃·s-1的加热速度将钢加热至950℃，测得升温膨胀曲线，在曲线上确定临界点Ac1和Ac3；以喷水冷却，测定其Ms点。将试验测得的数据，整理制表如2所示。
表2各临界点温度实测值(温度，℃)
在2min内将试样加热至奥氏体化温度950℃，保温10min，然后分别以0.05～40℃·s-1之间共12种冷却速度将奥氏体化的试样冷却至室温，获取各冷速下的膨胀曲线。根据不同冷却速度所得的膨胀曲线上的拐点(切点或极值点)，并结合金相组织，可以确定材料的相变温度。将各冷速试样经研磨、抛光后用4％硝酸酒精溶液浸蚀，在金相显微镜上观察分析其金相组织。金相观察面位于被测试样热电偶焊点位置的横截面上。最后，测定各试样的维氏硬度值，见表3。
表365Mn钢不同冷速下的相变温度、硬度及组织
根据热膨胀法测量钢材奥氏体连续转变曲线的原理，按照前述的试验方案，测量得到相应冷却速度下的膨胀曲线，按照切线法得到各种转变的转变点。以温度为纵坐标，时间为横坐标，将表3中的各相变点绘制到温度-时间半对数坐标上，然后将各物理意义相同的点连接起来，同时在该坐标上标出Ac1、Ac3和Ms，在冷却曲线旁标出冷却速度和硬度值，即得到65Mn的CCT曲线，如附图1所示。
由附图1可知，过冷奥氏体相变主要发生在高温转变区，相变产物主要是是先共析铁素体和珠光体；在中温转变区，没有出现明显的贝氏体转变。当冷速大于10℃·s-1后，珠光体转变结束线出现了转折，从而构成下部的过冷奥氏体转变中止线。这样只要冷却速度小于10℃·s-1时，冷却至室温，将得到全部的铁素体和珠光体组织，只是珠光体组织弥散程度不同而已。如果冷却速度在10～40℃·s-1之间，随着温度的降低，将首先发生先共析铁素体和珠光体的转变，但当冷却至过冷奥氏体转变中止线时，珠光体转变就会停止，即珠光体转变没有进行完全，随着温度的下降，当剩余的奥氏体达到Ms点后，全部转变为马氏体，最终的室温组织为铁素体+珠光体+马氏体。如果冷却速度大于40℃·s-1时，将不再发生铁素体和珠光体的转变，奥氏体过冷到Ms以下发生马氏体转变，冷却至Mf时，转变终止，最终得到马氏体和残余奥氏体组织。
将各冷速试样经研磨、抛光后，用4％硝酸酒精溶液浸蚀，在金相显微镜上观察分析其金相组织。金相观察面位于被测试样热电偶焊点位置的横截面上。
由附图2所示65Mn钢未变形奥氏体不同冷速下的显微组织可见，在实验条件下，当65Mn钢冷速为0.05～10℃·s-1时，转变产物主要为铁素体(F)和珠光体(P/S/T)，并且先共析铁素体含量随着冷却速度的增加而逐渐减少。在未变形奥氏体显微组织中，当冷速为10℃·s-1时，在屈氏体晶粒之间出现少量的羽毛状上贝氏体组织，但由于转变量很少，实验设备检测不到其膨胀量的变化，故在膨胀曲线上没有体现，这与钢的碳含量及锰含量有关，这两种元素都会延缓贝氏体的形成，使贝氏体相变点降低。
Claims (1)
1.一种利用相变热膨胀防止65Mn热轧板卷塌卷的方法，步骤如下：
（1）根据65Mn钢的化学成分进行冶炼，铸造成连铸板坯；所述65Mn钢化学成分质量百分比为：0.62％～0.65％C、0.25～0.35％Si、1.0％～1.10％Mn、P≤0.015％，S≤0.010％，Cr≤0.040％；Ni≤0.020％；Cu≤0.020％，余量为Fe及不可避免杂质；
（2）将板坯进行加热、轧制；所述轧制过程中，粗轧开轧温度1150℃～1180℃，粗轧道次变形量为15～25％，精轧总变形量为50％以上，终轧温度为870℃～920℃，终轧板厚为3mm～7mm；
（3）轧后冷却、卷取及运输和堆垛冷却；其中，轧后空冷，然后至730℃～750℃卷取，卸卷、运输、堆垛冷却。
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