SWRH82B盘条心部马氏体形成原因分析

SWRH82B盘条心部马氏体形成原因分析

华蔚  张弛 江来珠
（宝钢股份公司技术中心）

摘要：观察了以电炉连铸坯为原料，经高线轧机轧制的SWRH82B盘条心部马氏体组织的光镜和电镜形貌，测定了其硬度，发现高碳马氏体组织具有典型针状特征。利用电子探针进行的定性和定量分析，发现盘条心部组织处存在非学明显的Mn和Cr的偏析。这种偏析强烈推迟心部珠光体转变，使心部出现了马氏体组织，而盘条表面仍然形成珠光体类组织。

关键词：偏析  马氏体  盘条

1、前言

高强度低松弛预应力钢丝和钢绞线用钢，SWRH82B是我国近年来发展的新型建筑钢材，其含碳量为0.79-0.85%，属于高碳钢系列。据反映，转炉模铸坯和电炉连铸坯生产的82B盘条都有产生心部马氏体的现象，但后者形成马氏体的机率明显高于前者。心部马氏体的存在无疑将影响盘条的拉拔和拉丝后的合股性能。马氏体硬而脆会造成盘条拉拔和拉丝合股的早期断裂。同表面相比，盘条心部冷却速率更慢，按一般理论，其获得马氏体组织的机会应比表面更小。本文对电炉连铸生产82B盘条心部形成马氏体组织的机理进行了初步探讨。

2、试验材料及方法

试验材料为SWRH82B-1盘条，其化学成分见表1所示。

表1  试验材料的化学成分，Wt%

它经过电炉连铸，连铸坯尺寸为160*160mm，连铸坯均热温度为1100℃±20℃，进入减径机（RSM）温度为920℃，经速线材轧机18道轧制成规格为φ12.5mm盘条，盘条吐丝温度为880℃，在散卷风冷段采用1-9号风机开启（冷却风量为85%）、10-14号风机关闭和保温罩打开的斯太尔摩控制冷却工艺。

沿盘条中心纵剖，制成金相试样，观察马氏体组织的光盘和扫描电镜形貌，利用MVK-H21显微硬度计，测定马氏体和周围珠光体类组织的硬度，载荷为50克。利用JXA-8800RL电子探针对马氏体组织及周围基体进行了C、Si、Mn、P、S和Cr等元素的线扫描分析，并对Mn和Cr元素进行了定量分析。

3、试验结果

3.1 马氏体组织形貌和硬度

对Mn和Cr元素进行的定量分析结果表明（见表2所示），在马氏体组织处，Mn和Cr含量高达1.778%和0.216%，其在基体的含量则分别为0.755%和0.056%，锰元素的偏析系数为0.44，铬元素的偏析系数为0.29。由于碳属于轻量元素，电子探针不能进行定量分析。

表2  马氏体组织和基体组织中Mn、Cr元素电子探针定量分析，Wt%

4、讨论

通过适当延长腐蚀时间，清楚地显示了82B盘条心部马氏体的典型针状特征，其显微硬度达MHV650。通过电子探针线扫描定量分析，可以解释其形成机理。由于Mn和Cr两元素的富集，将提高过冷奥氏体的稳定性，使连续冷却转变曲线右移，钢的淬透能力提高，从而导致形成马氏体的临界冷速降低。82B盘条心部如此高的显微偏析，特别是高达1.778%Mn将显著降低心部获得马氏体的临界冷速。同时，值得一提的是，在过共析钢中，随着钢中碳含量的降低，在碳含量稍高于共析成分时，过冷奥氏体最为稳定，孕育期最长，促使相变曲线右移，这类相组织转变原理同亚共析钢正好相反。可以理解，82B钢属于过共析钢，由于盘条心部碳的负偏析，降低了该部位的临界冷却速度，促使马氏体组织的形成。

基于上述有关元素的偏析及对相变曲线的影响，高碳钢盘条心部出现马氏体组织是可以理解的。应该指出，高碳马氏体不可能100%是马氏体，尚有一定数量的残余奥氏体存在。

5、结论

对电炉连铸生产82B盘心部马氏体组织进行了观察，发现了其典型的针状特征。测定了其硬度，显微硬度达到MHV650。利用电子探针进行的Mn、Cr和C等元素的线扫描及Mn和Cr两元素的定量分析，发现心部马氏体组织处存在严重的Mn、Cr正偏析和C的负偏析。这种偏析强烈推迟盘条心部珠光体转变，使心部形成马氏体组织的临界冷速大大降低，导致在盘条表面形成珠光体类组织的情况下，而心部则形成马氏体组织。

参考文献：

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[2]王健安 金属学与热处理.1980
[3]林慧国,傅代直.钢的奥氏体转变曲线-----原理、测试与应用.北京:机械工业出版社,1988.2

作者简介:华蔚,女,1963年出生,工程师,现任上海宝钢股份有限公司技术中心,工程师,从事于材料研究开发工作.