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1 前言

天津鋼鐵公司建設(shè)的采用低溫軋制  （LTR）工藝最先進的棒材軋機，自2006年初投產(chǎn)以來，一直平穩(wěn)運行，并早已達到滿負荷生產(chǎn)能力，取得良好的生產(chǎn)業(yè)績和使用效果。1號SBQ特殊鋼棒材軋機RM1是中國天津鋼鐵公司實施的這一最大建設(shè)項目的一部分。該項目還包括第二套達涅利“孿生”棒材軋機RM2，專門用于生產(chǎn)普通鋼種螺紋鋼棒材，布置在RM1相鄰的跨間內(nèi)，與RM1軋機同時安裝和試車投產(chǎn)。

達涅利進行了大量的試驗研究工作，以降低中、低合金鋼的材料硬度，特別是要求材料具有良好剪切性能和因硬度過高和應(yīng)力集中而容易產(chǎn)生裂紋的所有鋼種。對不銹鋼生產(chǎn)，也開展了許多試驗研究，以改善用于某些特定用途的熱軋材料機械性能。為很好地控制各項材料性能指標，如淬透性和材料韌性，對于如何改變材料的晶粒大小和奧氏體轉(zhuǎn)變組織結(jié)構(gòu)，也引起人們極大的關(guān)注。

2 鋼廠概述

新建1號SBQ特殊鋼棒材軋機RM1（以及它的“孿生”棒材軋機RM2），是一套采用平／立布置、帶有活套控制功能的18機架軋機。兩個水冷箱布置在14和15號機架之間，并留有一段合適的距離，以使軋件表面溫度均勻。由于采用這種布置方式，可以將整個溫降控制在260℃以內(nèi)，而不會影響產(chǎn)品表面質(zhì)量（如局部過冷）以及相變。選擇一種熱交換系數(shù)較高的冷卻管，可使軋件在橫斷面內(nèi)獲得均勻的冷卻。而PLC控制的DSC金相組織控制系統(tǒng)，可確保得到合適的水冷箱設(shè)定參數(shù)，以使軋件在長度方向上均勻冷卻。入口和出口高溫計用于監(jiān)視軋件實際溫度，并在需要的時候?qū)崟r修改基本參數(shù)設(shè)定值。

采用這項先進技術(shù)后，可根據(jù)不同鋼種的生產(chǎn)工藝需要，或者由于較長的軋制周期，靈活調(diào)整加熱爐工藝參數(shù)，而不會改變精軋溫度。

3 產(chǎn)品大綱

天津鋼鐵公司SBQ特殊鋼棒材軋機坯料為160×160mm方坯，坯重為2350kg。當采用常規(guī)軋制時，軋機最大生產(chǎn)能力為150 t/h；當采用低溫軋制時，生產(chǎn)能力為100 t/h。產(chǎn)品為ф16mm～ф60mm直徑優(yōu)質(zhì)圓鋼棒材。天津鋼鐵公司SBQ特殊鋼棒材軋機生產(chǎn)的主要鋼種和產(chǎn)品規(guī)格。

4   生產(chǎn)工藝

軋制溫度是三個基本軋制參數(shù)中的一個,它在整個熱變形過程中，將影響晶粒組織細化的各個階段。

晶粒組織細化和晶粒生長控制，是低溫軋制工藝采用的主要手段。它能夠影響時間－溫度轉(zhuǎn)變曲線  （如CCT曲線位置），改變晶界長度，從而改變成核位置。特別是，溫度是影響整個工藝過程最重要的熱力學(xué)參數(shù)。

公式  （a）給出溫度的影響規(guī)律。它還可以說明，早先的晶粒尺寸在晶粒生長過程中起到的作用；以及在低溫軋制工藝過程中，所有的材料變形如何直接影響最終晶粒的大小。

Tdrex=K1×ln(——)×dck2×eu×ek3

(a)

式中，K1、K2、K3均為常數(shù)，取值決定于軋制鋼種。

晶粒細化過程可分劃為不同的階段，雖然不同的階段也可能出現(xiàn)在同一時間。原始晶粒變形將有增加錯位密度的趨勢，能夠在新生晶粒邊界形成晶核。新晶粒邊界的消失和再生，與實際溫度密切相關(guān)。新晶粒的形成和生長是一個熱力學(xué)過程。在不同的階段，會發(fā)生恢復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和動態(tài)再結(jié)晶過程，影響流動應(yīng)力曲線。最后，晶粒生長呈現(xiàn)一種趨勢，那就是使晶界能量最小。關(guān)鍵溫度決定著晶粒細化條件和完全再結(jié)晶晶粒生長結(jié)構(gòu)之間的分界線。隨著碳含量的減少，這種效應(yīng)就會變得更加明顯。對于象16MnCr這樣的鋼種來說，可以很容易地得到晶粒細化超過40％的顯微組織。

在實際應(yīng)用中，確保軋制產(chǎn)品在整個橫斷面上保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，具有十分重要的意義。特別是，當軋件表面溫度低于臨界溫度值，而芯部溫度仍然在較高的溫度范圍內(nèi)時，將有可能形成一種非均勻的最終組織，其中包括晶粒大小和所組成的相。在一個水箱內(nèi)進行更劇烈的強制冷卻，將有可能形成一個淬火和回火層，這將影響材料的最終質(zhì)量。因失去控制，在材料表面和芯部之間形成過大的溫差，則會產(chǎn)生一種非均勻的晶粒組織；并在最終熱處理過程中，導(dǎo)致材料機械性能超出規(guī)定范圍。

在試驗過程中，每個鋼種軋制30根鑄坯，采用兩種不同的溫度范圍。在這兩個鋼種和兩種不同條件下的最終冷卻，都通過自然冷卻實現(xiàn)，但在最后一個機架軋制之后，采用兩種不同的冷卻方式。從每個軋件中各取三個樣本。其中一個用于在軋制狀態(tài)下進行硬度檢測和顯微組織評估；其它兩個則用于熱處理試驗。

軋件在冷床上的冷卻曲線影響最終材料的機械性能。因為，一旦根據(jù)鋼種化學(xué)成份和晶粒大小確定CCT曲線后，只有冷卻路線是固定不變的；而最終組織則取決于與CCT曲線的交點。在這種情況下，就不需要使用冷床罩來延緩相變過程。

5 熱處理

在試驗過程中，特別是對于60Si2Mn彈簧鋼，進行過多次試驗，以優(yōu)化奧氏體轉(zhuǎn)變溫度。試驗中充分考慮到軋制材料中存在的鐵素體組織的多少和起始晶粒大小。事實上，一方面，鐵素體組織適合冷剪切，而不會在剪切過程中出現(xiàn)裂紋；另一方面，它又要求對淬火之前的奧氏體給予充分注意。如果對該相組織處理不當，將有可能在淬火后，使島狀鐵素體組織保留下來，從而降低最終材料的機械性能。

40Cr淬火后的目標硬度確定為52HRC；60Si2Mn淬火后的目標硬度為  60HRC。在這兩種情況下，國家標準都要求選用油為淬火介質(zhì)。根據(jù)國家標準規(guī)定，需要在試驗室熱處理爐內(nèi)處理3個樣件?；鼗鹛幚砗?，選擇空冷方式，將樣件冷卻到室溫。

6 顯微組織分析

40Cr顯微組織檢驗結(jié)果表明，經(jīng)過LTR低溫軋制的材料，具有非常均勻的鐵素體／珠光體組織；其中鐵素體相超過30％。而在熱軋產(chǎn)品中，鐵素體相僅以先共晶相的形式，出現(xiàn)在晶界附近。

對于60Si2Mn選擇了較高的精軋溫度，其中的鐵素體相更類似于共晶組織。在任何情況下，如果將LTR低溫軋制與常規(guī)熱軋工藝相比較，都可以看出明顯的差別。這不僅表現(xiàn)在晶粒大小上  （從9級變到8級），而且表現(xiàn)在組織的分布上。均勻的冷卻不僅可以確保在橫斷面內(nèi)獲得均勻一致的顯微組織，而且不出現(xiàn)粗大的晶粒。

7 結(jié)論

天津鋼鐵公司新建SBQ特殊鋼棒材軋機，在成功地軋制第一批方坯后不久，就確定了低溫軋制工藝，使用戶能夠生產(chǎn)符合GB國家標準的優(yōu)質(zhì)鋼材。成品棒材不僅具有卓越的內(nèi)部和表面質(zhì)量，而且達到很高的尺寸加工精度。對于低合金鋼來說，低溫軋制工藝表明，它完全能夠在規(guī)定的范圍內(nèi)，改變材料的顯微組織，從而提高材料的機械性能和各項技術(shù)指標。要運用好這項生產(chǎn)工藝，人們就必須清楚地了解，對于某一特定鋼種，它真正需要的是什么，后續(xù)熱處理怎樣進行，以及產(chǎn)品的最終用途是什么。