鑄坯表面淬火技術(shù)生產(chǎn)工藝實(shí)踐

高鵬范建通 李凱

（河鋼集團(tuán)石鋼公司河北石家莊 050031）

摘要：本文通過(guò)對(duì)8620鋼高溫塑性進(jìn)行分析，制定了8620鋼鑄坯淬火工藝參數(shù)，通過(guò)對(duì)淬火鑄坯低倍組織、金相組織以及軋制鋼材探傷合格率進(jìn)行對(duì)比分析，鑄坯淬火能夠改善8620鋼鑄坯及鋼材表面質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：淬火槽；鑄坯表面淬火；8620鋼；組織

0引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋼鐵材料凝固機(jī)理研究很多，由于齒輪鋼對(duì)硫、鋁、氮的控制要求，連鑄坯表面裂紋主要由鋼中第二相析出物在第三脆性區(qū)Ac3（600-900℃）溫度下析出造成，沿奧氏體晶界析出的膜狀先共析鐵素體是引起鑄坯兩相區(qū)塑性降低的主要原因，而AlN等第二相的析出為相變提供了大量的形核劑，使相變形核十分容易（圖1）。

連鑄坯在拉矯機(jī)出口處溫度一般在900～950℃，由于鑄坯冷卻過(guò)程中，在奧氏體晶粒邊界有氮化鋁或釩、鈮、硼的碳氮化合物析出，析出溫度范圍約為600～900℃。如果鑄坯在進(jìn)入加熱爐前進(jìn)行強(qiáng)制冷卻即連鑄坯淬火技術(shù)，鑄坯表面就會(huì)很快跨過(guò)這一臨界區(qū)域，能夠有效防止氮化物聚集。在線淬火冷卻后的最高回火溫度控制在650℃以下，可以快速發(fā)生相變，形成一定深度的淬硬層，從而避免氮化物和殘余元素在表面析出，降低表面裂紋的發(fā)生，達(dá)到改善表面質(zhì)量的目標(biāo)（圖2）。連鑄坯表面強(qiáng)化方式中的淬火冷卻方式：一個(gè)是噴淋箱淬火，一個(gè)是淬火槽淬火。

1 8620鋼表面淬火實(shí)踐

本文鋼種選擇鋼種為齒輪鋼8620，其化學(xué)成分如表1所示，該鋼種屬于低碳含硫鋼。冶金工藝流程：鐵水+廢鋼→60tBOF→60tLF→60tVD→CCM（300×360 mm）→軋制。

表1 8620的化學(xué)成分

1.1 8620鋼的高溫塑性分析

利用熱力學(xué)軟件計(jì)算8620鋼的高溫力學(xué)性能，材料8620RH的CCT和TTT模擬計(jì)算曲線分別如圖3和圖4所示。從圖3中的CCT曲線中可以看出，材料8620RH在冷卻速度大于10℃/S，將沒(méi)有珠光體的形成過(guò)程。即使冷速達(dá)到100℃/s，冷卻過(guò)程中仍然有貝氏體形成。馬氏體開(kāi)始形成溫度在404.4 ℃。

8620鋼的高溫強(qiáng)度模擬計(jì)算結(jié)果如圖5所示。圖5中，材料屈服強(qiáng)度隨溫度增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在650至800 ℃之間下降很快，該材料的高溫塑性在此溫度曲線也必然有相應(yīng)的反應(yīng)。

1.2 鑄坯表面淬火參數(shù)

經(jīng)計(jì)算，連鑄坯淬火冷卻水用量約為7-10 m3/根，考慮到淬火過(guò)程中使用循環(huán)水對(duì)淬火槽補(bǔ)充新水，淬火介質(zhì)體積可適當(dāng)減小，冷卻水流量范圍為75-100 m3/h。根據(jù)鋼種特性制定了8620鋼淬火工藝的溫度和時(shí)間要求（表2）。

表2  8620淬火工藝要求

2 結(jié)果與討論

2.1 鑄坯低倍組織觀察結(jié)果

鑄坯經(jīng)過(guò)1:1工業(yè)鹽酸在70℃下酸洗20分鐘，將鑄坯清理吹干后觀察測(cè)量。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)8620鋼淬火與未淬火試樣的低倍組織結(jié)果觀察，經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算得到結(jié)果如表3所示，淬火鑄坯表層細(xì)晶區(qū)面積比未淬火鑄坯提高約2倍，明顯增加了細(xì)晶區(qū)的厚度，而且中間柱狀晶區(qū)、心部等軸晶區(qū)所占面積比例也有明顯下降。

表3  8620鑄坯不同組織區(qū)域所占面積比例

2.2 鑄坯金相組織觀察結(jié)果

在鑄坯低倍組織寬面距角部75mm處取10×10×10mm立方試樣，將試樣經(jīng)過(guò)打磨，拋光，4%硝酸酒精腐蝕后用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察拍照。淬火鑄坯皮下組織為回火馬氏體+貝氏體，未淬火鑄坯為貝氏體+鐵素體。

2.3 鋼材表面探傷結(jié)果

  對(duì)8620鋼淬火鑄坯與未淬火鑄坯在相同工藝參數(shù)下進(jìn)行軋制，并進(jìn)行探傷，表面探傷為漏磁探傷，探傷精度為0.2mm，內(nèi)部探傷為超聲探傷，探傷精度為0.5×12.7mm加橫波，橫波檢測(cè)避免鋼材皮下盲區(qū)。淬火鑄坯軋制鋼材表面探傷合格率明顯優(yōu)于未淬火鑄坯軋制鋼材。

表4  8620鋼材探傷合格率

3結(jié)論

（1）未淬火與淬火鑄坯低倍組織結(jié)果分析，淬火鑄坯表層細(xì)晶區(qū)面積比未淬火鑄坯提高約2倍，細(xì)晶區(qū)的厚度明顯增加，鑄坯淬火效果顯著。

（2）由金相組織分析結(jié)果可知，淬火鑄坯組織主要為回火馬氏體+貝氏體，且淬火鑄坯組織較為致密均勻。

（3）淬火鑄坯軋制鋼材表面探傷合格率明顯優(yōu)于未淬火鑄坯軋制鋼材。

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作者簡(jiǎn)介：高鵬（1985-），男，工程師，2009年畢業(yè)于東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院冶金工程專業(yè)，現(xiàn)在河北鋼鐵集團(tuán)石鋼公司煉鋼廠從事煉鋼和連鑄工作。