大規(guī)格42CrMo軋材軋制工藝參數(shù)研究

蘇繼偉 許燕燕

(石鋼京誠裝備技術有限公司，遼寧115000)

我公司軋鋼生產(chǎn)線主要設備為1350開坯機，在生產(chǎn)直徑≥250 mm的大規(guī)格軋材時，存在一定比例UT檢測不合格問題，超標缺陷集中在軋材心部區(qū)域，表現(xiàn)為密集連續(xù)型缺陷，長度最短45 mm，最長700 mm，絕大多數(shù)長度在250～350 mm范圍內(nèi)。本文以研究提高直徑≥250 mm軋鋼超聲檢測合格率為出發(fā)點，優(yōu)化軋鋼工藝。

1 實驗材料

42CrMo屬于合金結構鋼，是生產(chǎn)高強度緊固件的常用鋼種。42CrMo化學成分要求見表1。

實際生產(chǎn)中要盡可能降低P、S含量，降低鋼中氣體含量，一般要求O含量≤20×10-6，H含量≤2×10-6。

2 軋鋼工藝參數(shù)優(yōu)化

對軋鋼工藝中涉及到影響產(chǎn)品質(zhì)量的工藝參數(shù)進行分析和討論，選出影響軋材內(nèi)部質(zhì)量比較大的工藝參數(shù)(加熱溫度、軋制速度和壓下率分布規(guī)律)進行分析。

2.1 模型建立

采用數(shù)值模擬軟件對軋制過程進行仿真模擬，材質(zhì)42CrMo，溫度參數(shù)范圍800～1250℃，可滿足軋鋼開坯過程中溫度的變化；穩(wěn)態(tài)軋制摩擦系數(shù)為0.25，建立模型示意圖如圖1。

圖1 模型示意圖Figure 1 Model diagram

2.2 軋鋼加熱溫度

原始坯料尺寸為498 mm×466 mm×1000 mm，軋制速度為1.6 m/s，壓下量80 mm，加熱溫度從1010～1050℃，10℃一個檔，模擬軟件默認在設定的加熱溫度下，坯料內(nèi)部到表面，溫度一致并達到設定溫度。

在其他條件相同的情況下，對比不同加熱溫度下的坯料心部等效應變情況，從表2和圖2可看出，隨著加熱溫度的升高，心部等效應變在逐步上升，說明對于心部變形，溫度越高，材料變形抗力越小，心部缺陷更易焊合。加熱溫度升高，金屬發(fā)生回復和再結晶，原子動能增加，晶間滑移作用增強，擴散蠕變機理起作用，導致塑性增加，金屬更易變形[1]。在保證不引起坯料過燒的情況下，適當提高加熱溫度，有利于心部原始缺陷焊合。

圖2 不同加熱溫度下等效應變曲線Figure 2 The equivalent strain curves at different temperatures

表2 不同溫度下的心部等效應變情況Table 2 The core equivalent strain at different temperatures

2.3 軋制速度參數(shù)

原始坯料尺寸為498 mm×466 mm×1000 mm，加熱溫度為1050℃，壓下量80 mm，軋制速度分別設定為1.7 m/s、1.8 m/s、2.0 m/s、2.2 m/s、2.5 m/s、3.0 m/s和4.0 m/s。

在其他條件相同的情況下，對比不同軋制速度下的坯料心部等效應變情況，從表3和圖3可以看出，軋制速度在1.5～2.0 m/s范圍內(nèi)，心部等效應變呈波動形式，變化不大；隨著軋制速度的提高，心部等效應變呈上升趨勢，整體應變變化幅度為5%左右，變化幅度有限，并且隨著軋制速度的提高，達到2.5 m/s時，咬入存在困難。

表3 不同軋制速度下的心部等效應變情況Table 3 The core equivalent strain at different rolling speeds

圖3 不同軋制速度下的等效應變曲線Figure 3 The equivalent strain curves at different rolling speeds

2.4 壓下率參數(shù)

原始坯料截面尺寸不同，加熱溫度為1050℃，壓下量70 mm，壓下率(壓下量/原始截面尺寸)范圍：15.3%～22.1%，軋制速度1.5 m/s。具體設計參數(shù)見表4。

表4 壓下率參數(shù)Table 4 Reduction parameters

從圖4等效應變曲線情況來看，隨著壓下率的加大，心部等效應變值在逐漸加大，在20%左右時達到峰值，并呈波動上升。

圖4 不同壓下率條件下的心部等效應變曲線Figure 4 The core equivalent strain curve under different reduction rate

3 理化檢驗結果

參考上述模擬結果及總結，調(diào)整目前軋制工藝參數(shù)，進一步進行優(yōu)化，再次生產(chǎn)直徑≥250 mm的42CrMo軋材，超聲檢測合格率為100%，無縮孔疏松等缺陷存在。

4 結論

(1)隨加熱溫度的升高，應變加大，在不出現(xiàn)過熱和過燒情況下，應適當提高加熱溫度。

(2)隨著軋制速度的提高，心部等效應變呈上升趨勢，整體應變變化幅度為5%左右，變化幅度有限，并且隨著軋制速度的提高，達到2.5 m/s時，咬入存在困難。

(3)隨著壓下率的加大，心部等效應變值在逐漸加大，在20%左右時達到峰值，并呈波動上升。