20CrMo钢棒材轧制过程中奥氏体晶粒的控制

总第 154期 2006年第 4期 河北冶金 HEBE I METALLURGY Total 154 2006, Number 4 收稿日期 : 2006 - 03 - 13 20CrMo钢棒材轧制过程中奥氏体晶粒的控制 陈 　涛 , 时彦林 (河北工业职业技术学院 , 河北 　石家庄 　050091) 摘要 : 通过 Gleeble - 1500热模拟机对石钢生产的 20CrMo钢轧材精轧阶段轧制过程进行模拟 , 研究了 终轧温度、变形程度对奥氏体晶粒大小的影响 , 找出了理想的终轧温度和变形量。 关键词 : 20CrMo钢 ; 棒材 ; 轧制 ; 奥氏体晶粒 中图分类号 : TG33516　　　　　文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 5008 (2006) 04 - 0009 - 02 CONTROL OF AUSTEN ITE GRA IN IN ROLL ING OF 20CrMo STEEL BAR CHEN Tao, SH I Yan - lin (Hebei Institute of Vocational and Technique, Shijiazhuang, Hebei, 050091) Abstract: Through simulation to finishing rolling p rocess of 20CrMo steel p roduced by Shi Steel with Gleeble - 1500 hot simulating machine, the effect of end rolling temperature and deformation extent on grain size is stud2 ied, the ideal value of them found out. KeyWords: 20CrMo steel; bar; rolling; austenite grain 1　前言 控制轧制技术作为一种有效的形变热处理手段 已经成功地用于钢材生产中 , 石钢生产的 20CrMo 钢主要用作抽油杆 , 由于中国有杆抽油井不断增 加 , 井深也不断增加 , 因此对抽油杆的强度和疲劳 性能提出了更高的要求。石钢生产的 20CrMo钢采 用转炉炼钢 , 普碳钢生产线轧制 , 生产状况很不稳 定 , 使抽油杆的性能存在一些不足 , 本文重点研究 轧制工艺参数对抽油杆钢组织性能的影响。 2　试验 211　试验材料 试验用钢采用石钢 30 t转炉冶炼的 20CrMo钢 连铸坯 , 经石钢三轧厂粗轧、中轧后 , 取中间坯加 工成Φ8 mm ×12 mm圆柱形试样 ( 1)。 表 1　试验钢的化学成分 % C Si Mn P S Cr N i Cu Mo 0121 0125 0155 01017 01018 0190 0102 0102 0120 212　试验方法 本试验在北京科技大学 Gleeble - 1500热模拟 试验机上进行。试样以 10 ℃ / s的速度加热到 1250 ℃, 保温 4 m in, 再以 10 ℃ / s的速度冷至 T1 温度 , 变形量分别为 30%和 50% , 应变速率为 015 s- 1 , 然后水冷至室温。试验工艺如图 1所示 , 其中 , T1 分别取 1 050、1 000、950、900、800 ℃, 变形量 ε分别取 30%和 50%。 图 1　热模拟试验工艺曲线 将热模拟后的试样纵向切开 , 镶好试样 , 再磨 光、抛光、浸蚀 , 观察金相组织。浸蚀剂的配置见 表 2, 配制好的过饱和苦味酸溶液需要加热至 60～ 70 ℃对试样进行浸蚀 , 浸蚀的时间因试样的变形 温度和变形程度的不同而略有差异 , 最终要以完全 浸蚀出晶界为准。 表 2　浸蚀剂成分及作用 浓度 / (mg/mL) 作用 苦味酸 过饱和 浸蚀奥氏体晶界 盐酸 50 减少浸蚀时间 海鸥牌洗头膏 50 缓蚀剂 9 总第 154期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HEBE I YEJ IN 3　试验结果及分析 311　终轧温度和变形量对奥氏体晶粒度的影响 本试验各试样的金相组织见图 2, 随变形温度 从 1 050 ℃到 950 ℃逐渐越低 , 晶粒逐渐变细 , 变 形量 30%与 50%相比较 , 变形量越大晶粒越细小。 图 2　20CrMo钢轧后显微组织 从定量的角度分析图 2可知 , 通过计算可得到 20CrMo钢控轧后的晶粒度 (表 3) , 晶粒度随温度 降低、变形量增大而逐渐增大。从图 2看出在变形 温度较高时 , 晶粒分布明显不均匀。这是由于温度 较高时 , 形核地点少 , 先形核长大的晶粒比后形核 的晶粒大 , 再加上温度较高时 , 不容易均匀变形 , 因此晶粒大小分布不均匀 [ 1 ]。另外 , 温度过低在两 相区或两相区以下形变时 , 大多数晶粒不再长大 , 再加上变形比较困难 , 不均匀变形的影响变大 , 因 此晶粒分布也趋于不均匀。而在接近于完全再结晶 区相变时 , 由于再结晶形核地点多 , 变形抗力也不 会太大 , 所以比较容易均匀变形与形核。本实验 中 , 变形温度 950 ℃、变形量 50%的晶粒最均匀。 表 3　20CrMo钢热模拟轧制后的晶粒度 温度 /℃ 压下量 ε/% 弦的平均长度 Lp /mm 晶粒度 /级 每 mm2 试样面积中 实际的平均晶粒数 1 050 30 01027 4 710 1 024 1 050 50 01027 1 710 1 024 1 000 30 01018 9 810 2 048 1 000 50 01016 7 815 2 897 950 30 01016 5 815 2 897 950 50 01015 1 910 4 096 900 30 01010 5 1010 8 192 900 50 01010 0 1010 8 192 800 30 01006 1 1110 16 384 800 50 01005 0 1210 32 768 312　终轧温度和变形量对奥氏体再结晶的影响 由文献 [ 2 ] 可知 , 奥氏体再结晶同温度和变 形量都有一定的关系 , 温度越高变形量越大 , 再结 晶越容易发生 , 再结晶所需的变形量必须大于或等 于其临界变形量 (图 3)。 图 3　20CrMo钢的应力 -应变曲线 由图 3可知 , 在 1 050、1 000 ℃时 , 20CrMo 钢的奥氏体再结晶临界变形量低于 30% , 也就是 说在此温度下 , 变形量大于 30%时奥氏体发生动 态再结晶。图 2中的晶粒大小很不均匀 , 这是由于 动态再结晶不停地发生 , 导致有的再结晶晶粒长 大 , 而有的刚刚形成 , 此时再结晶完成了形核长 大 ; 在 950 ℃时 , 再结晶临界变形量在 30% ～ 50%时 , 20CrMo钢在 50%压下量下的再结晶已完 成 , 而在此压下量下奥氏体处于部分再结晶区 , 再 结晶晶粒来不及完全长大 , 奥氏体晶粒比较均匀 ; 在 800 ℃时变形奥氏体再结晶所需的临界变形量很 大 , 也就是说需要很大的变形量才能发生再结晶 , 本试验中不会发生动态再结晶 ; 这时晶粒容易被拉 长 , 形成形变带 , 由于变形后一段极小的停留时间 出现了图 2中的静态再结晶晶粒。 (下转第 12页 ) 01 总第 154期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HEBE I YEJ IN 3　休风更换布料溜槽 针对上述情况 , 经过研究决定尽快休风更换布 料溜槽。7月 7日 7: 00将布料溜槽吊至炉顶平 台 , 清一杂矿仓准备 40 t干水渣准备压料 ; 9: 30 分休风 , 料线降到 415 m时 , 经炉顶点火确认是布 料溜槽下料落点漏而且严重 , 决定立即更换。炉前 26个风口堵泥 , 炉顶压正常料 2批 , 加 40 t干水 渣 , 料线基本能达到更换溜槽的要求 , 炉顶煤气火 势得到有效控制 , 11: 00开始更换布料溜槽。 4　炉况的恢复 2 000 m3 高炉 7月 7日 19: 35送风 , 风量 3 000 m 3 /m in, 堵 4个风口 (26#、5#、13#、18#) , 送风 后风口工作能达到要求 , 压量关系正常 , 逐渐恢复 风量。当加风到 3 500 m3 /m in时 , 料尺动 , 捅开 5 #、18#风口 , 风量加到 3 850 m3 /m in; 乱料过风口 后 , 捅开 13 #、26 #风口。料线正常后 , 风量为 4000m3 /m in, 逐渐降低焦比 , 恢复煤量及富氧 , 综 合焦比为 550 kg/ tFe。送风后补热 , 水渣为 4∶1, 休 风时间补热 10 t, 休风补热共 20 t。料尺动作时逐渐 恢复料制 , 主要采取疏导中心的料制方案。送风后 主要是摸索新溜槽的变化 , 送风后布料角度减小 114°, 矿圈由正常的 2 3 3 2 2变为 2 3 3 3 1, 尽快疏 导中心气流 , 有利于尽快恢复风量。从炉顶摄像资 料看中心保持有亮度 , 矿批 44t (表 2)。 表 2　唐钢 2 000 m3 高炉炉顶布料角度 布料角度 /°矿圈 /圈 焦圈 /圈 3714 2 3 3419 3 3 3210 3 2 布料角度 /°矿圈 /圈 焦圈 /圈2719 3 22516 2 217 — 3 　　更换溜槽 5天后气流发生变化 , 两股气流渐 开 , 逐步抬角度 214°; 中心焦圈减至 2圈 ; 综合焦 比由 540 kg/ tFe降至 520 kg/ tFe的水平 , 煤比 145 kg/ tFe, 焦比 390 kg/ tFe, 小焦 20 kg / tFe, 压差 130～135 kPa, 压差上升约 8 kPa; 十字测温边缘 温度平均 150 ℃, 中心温度 450～500 ℃, 矿批 46 t。布料档位见表 3。 表 3　唐钢 2 000 m3 高炉炉顶布料角度 布料角度 /°矿圈 /圈 焦圈 /圈 3918 3 3 3713 3 2 3414 3 2 布料角度 /°矿圈 /圈 焦圈 /圈3113 3 228 3 22012 — 2 　　经过几天的调整 , 高炉炉体各项参数 (炉衬 温度、冷却壁温度和温差、6125 m处温度 ) 均已 达到溜槽磨漏以前的水平 , 高炉各项技术指标均有 较大提高。 5　建议 此次 2 000 m3 高炉布料溜槽漏造成影响较大 , 从高炉休风到炉况恢复正常延续时间长 , 影响产量 达 4 500 t铁。 (1) 高炉布料溜槽寿命在一年以上 , 一般安 排在高炉年修时进行更换。受备件质量和其它客观 条件的限制 , 有时溜槽寿命可能不足一年 , 如本次 溜槽仅使用 10个月。为防止衬板磨漏及其对高炉 生产造成的影响 , 应做好以下工作 : 严把备件质量 关 , 防止由于备件质量差造成高炉无计划休风及炉 况大的波动 ; 对关键设备应该认真点检 , 如正常生 产时不能点检的应在休风时进行 , 及早发现问题并 及时处理 , 避免对高炉正常生产造成不必要的影 响。 (2) 这次事故处理时间偏长 , 表明对矮胖型 高炉认识不足 , 操作水平有待于进一步提高。 (上接第 10页 ) 4　结论 (1) 石钢转炉 20CrMo钢 , 在 800、900、950、 1 000、1 050 ℃变形温度下进行 30%、50%压下量 的轧制后立即水冷获得的奥氏体晶粒度 , 随温度的 降低晶粒变细 , 即晶粒度级别越高 ; 随变形量增 大 , 晶粒变细 , 晶粒度级别越高。 (2) 从控轧的角度分析 , 石钢 20CrMo钢终轧 温度应该控制在 950 ℃, 变形量在 50%左右。 参考文献 : [ 1 ] 宋维锡. 金属学 [M ]. 北京 : 冶金工业出版社 , 19891184 - 2141 [ 2 ] 王有铭 , 李曼云 , 韦光. 钢材的控制轧制和控制冷却 [M ]. 北京 : 冶金工业出版 , 199518 - 201 21