Cr-Mn-Si系合金结构钢板工艺技术分析

向华

摘  要：采用Cr-Mn-Si系列成分设计，通过控制轧制及正火热处理工艺技术，八钢公司试制生产的30CrMnSiA合金结构钢板，钢板带状组织控制很好，各项力学性能指标均满足国家标准要求，非常有利于机械行业的最终热处理。

关键词：30CrMnSiA钢板;控制轧制;正火;带状组织

1、前言

30CrMnSiA钢种是一种Cr-Mn-Si系中碳调质钢，由于具有良好的淬透性在机械行业得到广泛的应用。经过调质处理进行组织强化后，具有较高的强度和硬度，抗拉强度可以达到1000～1700Mpa，布氏硬度可以达到400HBW以上，常用于制作耐磨结构件。采用30CrMnSiA钢棒材产品制作结构件的情况比较普通，但是应用钢板制作耐磨结构件的情况较为少见。

2、工艺流程及成分设计

八钢公司是我国西北地区一家大型钢铁生产企业，装备齐全具备30CrMnSiA钢板生产及试制研究的条件，通过中厚板4200/3500mm生产线开展生产轧制及技术研究。

工艺流程如下所示：铁水→铁水预脱硫→120t转炉→LF精炼→连铸→加热→控轧→探伤→正火→空冷→切割→取样检验→标识→入库。

化学成分设计：采用Cr-Mn-Si的設计，不须添加其他Ni、Mo等贵重合金，与同类合金结构钢相比合金成本较低，添加0.8%～1.0%的Cr可以大幅提高钢的淬透性，添加0.02%的Ti含量可以细化晶粒提高钢板强度。

3、控制轧制与正火工艺

板坯经加热炉加热后采用中厚板轧机控制轧制。板坯加热温度1130～1180℃，粗轧机开轧温度为1050～1100℃，中间坯厚度为60mm，精轧阶段终轧温度为780～820℃。轧后钢板进行正火，正火的目的为了减轻钢板的珠光体带状组织。正火温度设定为850℃[2]，总在炉时间为22～24分钟。钢板厚度为10mm和12mm。

4、实验结果

4.1、力学性能结果

经过控制轧制、正火后30CrMnSiA钢板的力学性能如下所示：

10～12mm正火后布氏硬度：205～219 HBW。10mm钢板经过正火后，屈服强度降低50Mpa左右，硬度降低10HBW左右，12mm钢板经正火后屈服强度、硬度无较大变化。经过正火后10mm、12mm钢板的抗拉强度为725～730 Mpa，延伸率为24%～26%左右。轧制态与正火后钢板的冲击值无较大变化，数值在50～100J之间。

4.2、微观金相组织

试验钢靠近表面组织为铁素体加珠光体，经过正火处理后，钢板组织更为均匀，珠光体不再呈现带状分布，且表面无明显脱碳。厚度1/4的微观组织为铁素体加珠光体，经过正火后，钢板微观组织仍为铁素体加珠光体，钢板的珠光体带状组织明显减弱。

5 分析与讨论

为了保证良好的淬透性，采用 0.3%的碳含量是必不可少的设计，同时添加足够的硅及铬含量。但由于添加了0.3%的碳，导致轧态钢板的珠光体带状组织较为严重，普遍>3级，如果直接用于下工序进行调质处理，必然带来非常不利的影响，尤其对最终成品耐摩擦性及焊接性影响很大。通过轧制工艺来调整带状组织较为困难，因此采用正火的方式来改善珠光体组织的条带状分布。但是加热温度过高或时间过长又会导致钢板表面严重脱碳，也不利用后续淬火处理。通过本试验研究获得850℃，22～24分钟的正火处理是合适的工艺，在此工艺下经过正火的30CrMnSIA钢板带状组织明显得到改善，并且钢板表面无严重脱碳。

6、结论

（1）通过本试验研究发现30CrMnSiA钢板在经过中厚板控制轧制后的珠光体组织沿轧制方向呈带状分布，非常不利于钢板的直接使用或者淬火处理。

（2）采用合适的正火热处理工艺是改善30CrMnSiA钢板力学性能与微观组织的有效方法，通过正火处理后30CrMnSiA珠光体带状组织级别明显降低，钢板表面无严重脱碳，强度、硬度、冲击韧性无较大变化。

参考文献

[1]  黄星武.30CrMnSiA热轧钢带的研制开发.新疆钢铁[J]，，2017年第3期，1-4.

[2]  李召华，王春净等.30CrMnSiA钢的最终热处理工艺研究，新技术新工艺[J]，，2017年第10期，1-3.