热轧中碳钢45Mn 扁卷问题分析与改进

尚天傲，赵 锐，常智乾，孟令旭

（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276800）

碳钢45 Mn 在中高碳钢市场容量占比较大，冷轧后广泛应用于链条、刀模料、五金、机械、汽车等各个行业。为了使客户获得更好地使用效果，在碳钢45 Mn 的热轧生产过程中，需要采取较高的卷取温度来获得理想的组织和性能。但较高的卷取温度同时也带来了扁卷的风险。扁卷一旦产生，处理非常困难，需要人工对卷芯部分进行切除，严重时只能整卷判废；同时会给后续的加工带来一系列问题，如开卷机无法上机、开卷过程中由于重心变化造成的开卷设备安全隐患等等。

不同工况及钢种的差异，控制扁卷的手段不尽相同，本文通过对成品组织的分析，结合对轧后冷却过程中的相变行为研究，通过调整终轧、卷取工艺温度及冷却策略，有效解决了传统热连轧产线的薄规格碳钢45 Mn 生产过程中产生的扁卷问题。

1 扁卷问题影响因素简析

1.1 卷取张力的影响

一般认为，控制卷取张力是控制扁卷的主要手段。卷取张力的增加会直接导致卸卷后层间的残余径向压力的增大，继而增大层间的摩擦力，降低扁卷程度。

1.2 规格及强度

规格越薄，层数越多，更容易导致各层之间产生滑移而造成扁卷，同时强度越低，卷重越重，钢卷自身的刚度不足以支持自重，也容易造成扁卷缺陷。

1.3 库存管理

采用V 型支架支撑钢卷以及优化垛位管理避免多层堆放等方式也是改善扁卷的重要手段。

1.4 相变的影响

一般钢种的生产，在卷取过程中，钢卷内仍有残余奥氏体，则在冷却过程中会发生相变，对于不同型号的钢种，不同的热轧和卷取工艺下会发生多种形式的相变，各种相变产生的膨胀量各不相同。相变带来的体积上的变化也会造成层间滑移。

2 生产工艺过程及检测结果分析

2.1 生产工艺过程

研究钢种为2150 热连轧产线生产的碳钢45Mn，其化学成分如表1 所示。带钢生产工艺流程为：高炉铁水—转炉冶炼—LF 炉外精炼—连铸—加热炉—2架粗轧—7 架精轧—层流冷却—卷取。热连轧过程将227 mm×1 560 mm 厚连铸坯轧制为厚度（3.5～4.0）mm×1 550 的带钢。具体轧制工艺见表2。

表1 钢种化学成分 %

表2 轧制工艺参数

2.2 检验结果分析

按照表2 的轧制工艺，产品性能满足标准要求（见表3）。高倍组织为F+P（见图1）。但钢卷内径≤710 mm 的占比高达34%，严重的内径不足700 mm，扁卷情况严重。

表3 力学性能

图1 3.5 mm 厚度碳钢45Mn 组织形貌

由于设备能力限制，无法进一步调整卷取张力；规格、卷重也受到订单限制；因此只有从提升自身强度、相变及库存管理方面寻找改善方法。

高倍组织检验结果显示，铁素体占比超过60%。根据铁碳相图杠杆定理，近似认为45Mn 的先共析铁素体含量应该在43%左右，而珠光体含量应在57%左右。众所周知，铁素体具有良好的塑性和韧性，其屈服强度一般在100～170 MPa 之间。珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，其性能根据片层间距不同，屈服强度可达790～1 075 MPa。

因此，为消除扁卷问题，考虑通过减少组织中铁素体占比，增加珠光体占比，来提升钢卷自身强度，以抵抗自重带来的扁卷倾向。

3 改进试验及结果分析

3.1 改进试验

根据相关资料，不考虑变形量的影响，中碳钢45Mn 的临界温度Ar1 为689 ℃、Ar3 为751 ℃，在冷速为0.05～10.00 ℃/s 时，珠光体转变完成温度约为550～650 ℃，因此，本文计划通过降低终轧温度，降低卷取温度，改变冷却策略三方面，来控制组织中先共析铁素体的析出与长大；同时也考虑尽可能减少强度升高对客户冷轧的影响。制定了试验方案，见表4。

表4 试验方案

降低终轧温度到830 ℃，更接近Ar1，同时改变冷却策略为前段冷却，增加冷却速度，钢卷温度快速接近Ar3,使相变快速跨过A-F 进入A-P 转变区域，从而达到控制先共析铁素体的析出与长大的目的；改变冷却策略为前段冷速，增加冷速，也促进了奥氏体伪共析转变，减少先共析铁素体的占比；另外，降低卷取温度，让相变过程发生在层冷与卷取过程，避免在卸卷后继续相变，一方面可以减少造成体积变化带来的层间滑移影响，另一方面也会减少相变返热对相变延迟的影响。

3.2 试验结果分析

试验后的钢卷力学性能满足标准要求，具体见表5。可以看出强度明显提高，屈服强度提高了68 MPa，抗拉强度提高了74 MPa。同时，组织中珠光体含量明显增多，且心部出现了少量索氏体，见图2。

表5 试验钢卷力学性能

图2 3.5 mm 厚度碳钢45Mn 组织形貌（试验）

试验过程中在钢卷下线时对内径进行了测量，并在缓冷2 d 后对内径的变化进行跟踪，内径均在730～750 mm 之间，卷形良好，钢卷扁卷问题消除（见图3）。

图3 下线内径测量及缓冷2 d 后钢卷内径

4 结论

本文通过对于大卷重、薄规格中碳钢45Mn 改善扁卷问题的工艺试验，得到以下结论：

1）通过减少组织中铁素体占比，增加珠光体占比，有效地提高钢卷强度，可有效改善扁卷问题。

2）控制相变发生在卸卷前结束，可以避免成卷后相变带来的体积变化所导致的层间滑移，对改善扁卷也起到了辅助作用。