王立輝唐 荻

(1.武鋼研究院 湖北 武漢:430080;2.北京科技大學高效軋制國家工程研究中心 北京:100083)

退火工藝對軸瓦鋼背用冷軋帶鋼的性能影響

王立輝1,2唐 荻2

(1.武鋼研究院 湖北 武漢:430080;2.北京科技大學高效軋制國家工程研究中心 北京:100083)

分析了退火工藝對軸瓦鋼背用冷軋帶鋼性能的影響,結(jié)果表明,延長退火保溫時間、提高退火溫度有利于改善滲碳體分布,并增加延伸率。在保溫時間為4小時、退火溫度為700℃的退火工藝條件下,試驗鋼的延伸率達到43%的最高值,其屈服強度為220MPa,抗拉強度為355MPa,金相組織為鐵素體+滲碳體,滲碳體分布均勻。

退火;軸瓦;冷軋鋼;組織;性能

軸瓦鋼背的組織和性能對大功率柴油機軸瓦、機車軸瓦、特別是如ND2機車主軸瓦的使用性能和使用壽命有重大的影響[1]。低碳鋼作為內(nèi)燃機軸瓦的鋼背材料,它不僅能增強薄壁軸瓦的機械強度,又可使軸瓦與軸承座之間很好的貼合,是制造軸瓦不可缺少的材料[2]。傳統(tǒng)軸瓦鋼背材料大都選用08Al或者進口同類優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,相應成本較高,而且容易產(chǎn)生桔皮及分層現(xiàn)象。軸瓦鋼背用低Si冷軋帶鋼作材料,具有合適的力學性能和良好的表面質(zhì)量,滿足了軸瓦企業(yè)的需求。而退火工藝對該試驗鋼的力學性能具有重要影響,下面分析退火工藝對軸瓦用冷軋帶鋼的性能影響。

1 試驗方法

試驗鋼采用武鋼生產(chǎn)的精密軸瓦鋼背用冷軋鋼退火前的冷硬鋼板,剪切成尺寸規(guī)格為2.0mm×70mm×220mm的試樣,再結(jié)晶退火試驗在CCTAWY薄板真空熱處理機上進行,設定的加熱溫度分別為400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃和750℃,加熱速度為20℃/s,保溫時間為30min,冷卻速度為20℃/s。試驗鋼的金相組織在OL YMPUS GY71金相顯微鏡上觀察,拉伸性能依據(jù)標準GB/T228—2002在SUN10薄板拉伸試驗機上進行測試。再結(jié)晶退火硬度采用洛氏硬度計進行測試,試驗鋼的化學成分依據(jù)標準GB/T230.1-2004進行化驗,結(jié)果如表1所示。

表1 試驗鋼的化學成分(wt%)

2 試驗結(jié)果

試驗鋼再結(jié)晶退火硬度值測試結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制的再結(jié)晶溫度曲線如圖1所示。按照再結(jié)晶溫度的定義,在系列溫度再結(jié)晶退火試驗中,硬度值下降50%所對應的溫度為再結(jié)晶溫度。由圖1的曲線可知,試驗鋼的再結(jié)晶溫度約為600℃。

表2 試驗鋼再結(jié)晶退火的硬度測試結(jié)果

同時,對試驗鋼再結(jié)晶退火的金相組織進行觀察,結(jié)果如圖2(a)～(f)所示,試驗鋼的晶粒度如表3所示。從圖2的金相組織觀察結(jié)果可以看出,在不同退火溫度下,試驗鋼的金相組織均由鐵素體+滲碳體組成,鋼中滲碳體分布均勻,鐵素體的晶粒度在9級到9.5級,這種組織與設計要求基本相符合。試驗鋼再結(jié)晶退火后試樣拉伸性能測試結(jié)果如表4所示。

圖1 試驗鋼再結(jié)晶溫度-硬度曲線

圖2 試驗鋼的金相組織

表3 再結(jié)晶退火后試樣組織和晶粒度

表4 試驗鋼再結(jié)晶退火的拉伸性能結(jié)果

3 分析討論

從圖2(a)～(f)的金相組織觀察結(jié)果可知,試驗鋼的金相組織由鐵素體+滲碳體組成,試驗鋼的力學性能主要取決于鐵素體和滲碳體,具體說,取決于鐵素體的晶粒尺寸和滲碳體的數(shù)量和分布。試驗結(jié)果顯示,在660℃～700℃的罩式退火溫度和2h～4h的保溫時間條件下,鐵素體的晶粒尺寸在9.0級～9.5級,說明在該660℃～700℃退火溫度范圍內(nèi)、在2h～4h的保溫時間范圍內(nèi),退火溫度和保溫時間對鐵素體晶粒尺寸影響不大,在此退火條件下,可以獲得9.0級～9.5級的鐵素體晶粒尺寸。結(jié)合表4的拉伸性能可知,在不同的退火工藝條件下,試驗鋼的屈服強度穩(wěn)定地分布在220MPa～240MPa范圍,這一結(jié)果與鐵素體的晶粒尺寸穩(wěn)定的分布在9.0級～9.5級的范圍內(nèi)相符合。屈服強度分布在220MPa～240MPa的范圍,與試驗鋼屈服強度的設計值相符合,說明9.0級～9.5級的晶粒尺寸符合試驗鋼的屈服強度要求。

從表4的拉伸性能數(shù)據(jù)可知,退火溫度對抗拉強度有一定的影響。在退火保溫時間為2小時的條件下,退火溫度從660℃增加680℃和700℃時,抗拉強度由375MPa降低到365MPa和360MPa。這一結(jié)果說明,在2小時保溫條件下,抗拉強度隨退火溫度的增加而降低。

在退火保溫時間為4小時的條件下,退火溫度從660℃增加到700℃時,抗拉強度保持在355MPa不變。這一結(jié)果說明,在4小時保溫條件下,退火溫度對抗拉強度的變化不敏感。

對于延伸率而言,在2小時和4小時的退火保溫條件下,隨退火溫度升高,延伸率也相應增加。在2小時的保溫條件下,當退火溫度由660℃增加到680℃和700℃時,延伸率由38%增加到40%和42%。在4小時的保溫條件下,當退火溫度由660℃增加到680℃和700℃時,延伸率也呈上升趨勢,整體數(shù)值上升到40.0%～43%。這一結(jié)果說明,在2小時和4小時的保溫條件和660℃～700℃的退火條件下,提高退火保溫時間和增加退火溫度,都可以增加延伸率。

從組織上講,隨退火保溫時間增加和退火溫度升高,試驗鋼延伸率的提高與滲碳體不斷均勻化有直接的關(guān)系,這一結(jié)果與圖2(a)～(f)的滲碳體分布規(guī)律相符合。從圖2(f)的金相組織可以看到,當保溫時間由2小時增加到4小時、退火溫度由660℃增加到700℃,鋼中鐵原子和碳原子具有最強的擴散能力,相應的滲碳體也由聚集狀態(tài)變?yōu)橄喈斁鶆虻姆植?相應的延伸率也達到了43%的最高值。

4 結(jié)論

(1)退火試驗表明,退火溫度為700℃并且保溫4小時,其綜合性能和金相組織分布最佳,屈服強度為220MPa,抗拉強度為355MPa、延伸率為43%。組織為鐵素體+滲碳體,鐵素體的晶粒度為9級,滲碳體呈均勻分布。

(2)罩式爐退火優(yōu)化工藝試驗表明,退火保溫時間和退火溫度對試驗鋼的滲碳體和延伸率有明顯影響,隨退火保溫時間增加和退火溫度升高,滲碳體由聚集狀態(tài)向均勻分布趨勢變化。

(3)罩式爐系列化工藝試驗顯示,在2小時和4小時退火保溫條件下,以及660℃、680℃和700℃退火溫度條件下,試驗鋼的力學性能均達到了其設計要求,這一結(jié)果說明,試驗鋼具有良好的工藝適應性。

[1] 孫旭茂,許炳炎.加熱保溫時間對軸瓦鋼背組織和硬度的影響[J].內(nèi)燃機配件,2000,(2):19-24.

[2] 楊信誠,朱俊腎,謝漢民,等.鑄造銅鉛軸瓦鋼背性能特征[J].內(nèi)燃機配件,1994,(2):1-5.

Effects of Annealing Process on Properties of Cold-Rolled Strip Steel for Bearing Bush

WANG Lihui TANG Di

The effects of different annealing processes on the properties of the cold-rolled strip steel are analyzed.The result shows that cementite distribution will be improved and the elongation rate will be increased if the annealing holding time is extended and annealing temperature is raised.When holding time is kept for 4 hours and annealing temperature for 700℃,the elongation rate of the experimental steel reaches the maximum value of 43℃,the yield strength 220MPa,and the tensile strength 355MPa.The microstructure is composed of ferrite and cementite with uniform distribution.

annealing;bearing bush;cold-rolled steel;microstructure;property

TG156.2

A

1671-3524(2010)04-0015-03

(責任編輯:栗 曉)

2010-08-26

王立輝(1977～),男,博士,工程師.E-mail:wlh337@wisco.com.cn