时效处理对高碳钢盘条性能的影响
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［ 3］ 。但未时 放射线和剪切唇， 为典型的拉伸塑性断口
效和时效 2 天的拉伸断口中， 纤维区的颜色较浅， 有一 明显白圈 （ 如图 5a 和 5b 所示） ； 时效 4 天后 （ 如图 5c、 5d 、 5e 和 5f 所示） ， 白圈已经消失， 并且随着时间的延 长， 剪切唇明显变长， 表明材料的塑性变好； 当时效时 间超过 16 天后， 拉伸断口形貌无明显变化。
时效处理对高碳钢盘条性能的影响
2 胡显军1， ， 陈少慧2 ， 方
峰1 ， 蒋建清1
（ 1. 东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210096 ； 2. 江苏沙钢集团有限公司 技术中心， 江苏 张家港 215625 ） 测量了材 摘要： 研究了时效处理时间对 SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条抗拉强度和断面收缩率的影响规律， 料中氢含量的变化， 用扫描电镜分析了高碳钢盘条拉伸断口形貌的变化。结果表明， 经过时效处理后， SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条的抗拉强度变化不大， 但断面收缩率提高 50% 以上； 随着时效时间的延长， 盘条中氢含 量逐渐降低； 未经充分时效处理的拉伸断口上存在白圈， 时效处理后白圈消失。 关键词： SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条； 时效处理； 力学性能； 断口形貌 TG113. 25 ； TG156. 92 中图分类号： 文献标识码： A 文章编号： 0254-6051 （ 2007 ） 03-0036-05
Effect of Aging Treatment on Mechanical Properties of High Carbon Steel Wire Rods
H
2 Xian-jun1， ， CHEN Shao-hui2 ， FANG Feng1 ， JIANG Jian-ging1
（ 1. CoIIege of MateriaIs Science and Engineering， Southeast
图2
!13 mm SWRHS2B 钢盘条力学性能与时效时间的关系 Fig. 2 MechanicaI property !S. aging time of the !13 mm SWRHS2B SteeI wire rod
（ a）抗拉强度与时效时间的关系 （ b）断面收缩率与时效时间的关系
（ a）tenSiIe Strength !". aging time （ b）reduction of area !". aging time
到， 随着 !13 mm SWRHS2B 钢盘条最初氢含量较高， 时 效时间的延长， 氢含量逐渐降低。 经过约 12 天后，
Fig. 1
图 2 是 3 组 !13 mm SWRHS2B 钢盘条的力学性 能与时效时间的关系曲线。其中， 1 号和 2 号取自同 3 号的冷却速度更快， 其强度比 1 一炉号， 与之相比， 号、 2 号约高 20 Mpa， 断面收缩率则要低 5% 左右。 从图 2a 和 2b 中可以看到， 3 组盘条的抗拉强度 和面缩的 变 化 趋 势 基 本 相 同。对 于 SWRHS2B 钢 盘 盘条的抗拉强度和断面收缩率均明 条， 时效 1 天左右，
SWRH72B 和 SWRHS2B 钢盘条性能的影响规律， 并探 讨了影响高碳钢盘条时效时间的主要因素。
1
试验材料与方法
选取 SWRH72B 和 SWRHS2B 两种不同含碳量的
高碳钢盘条进行时效试验， 其规格和化学成分见表 1 。
SWRH72B 和 SWRH82B 高碳钢盘条的规格和 %） 化学成分 （ 质量分数， Table 1 The diameter and chemical composition of tested steel SWRH72B and SWRH82B（ wt%）
Fig. 3 图3 高碳钢盘条氢含量与时效时间的关系 Hydrogen content of high carbon SteeI !". aging tiwk.baidu.come
《 金属热处理》 2007 年第 32 卷第 3 期
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材料中的氢含量变化不大； 对于 !6. 5 mm SWR~72B 钢盘条也表现出相似的规律， 氢含量随时间的延长而 逐渐降低， 时效 12 天后氢含量基本稳定。 !" #$ 拉伸断口形貌 图 4 是 !6. 5 mm SWR~72B 钢盘条分别在未时效 和时效 8 天后的拉伸断口形貌照片。从图 4 中可以看 到， 不同时效时间后， 盘条的拉伸断口均为微孔聚集型
作者简介： 胡显军 （ 1975. 10 —） ， 男， 江西乐平人， 工程师， 博士 研究生， 发表论文 4 篇， 获得江苏省科技进步一等奖 1 项， 主要 从事钢铁材料组织与性能的研究。联系人： 方峰副教授， 电话： 025-52090630 ， E-maiI： fangfeng@ seu. edu. cn 基金项目： 江苏省科技成果转化专项 （ BA2004021 ） ； 江苏省材 料摩擦学重点试验室开放课题 （ kjsmcX04003 ） 收稿日期： 2006-04-20
钢号 SWRH72B SWRHS2B 规格 / mm !6. 5 !13 C Si Mn P S Cr Cu 0. 72 0. 19 0. 62 0. 014 0. S2 0. 24 0. 72 0. 015 0. 013 0. 07 0. 11 0. 011 0. 19 0. 10
表1
对 SWRH72B 和 SWRHS2B （ 以 下 简 称 72B 和 S2B） 高碳钢盘条每放置一定的时间后， 测试其抗拉强 度和断面收缩率。采用扫描电子显微镜对拉伸断口形 貌进行观察， 并用美国 Leco 公司生产的 TCH600 型 N / 0 / H 综合测定仪， 按照 ASTM-E1447 —2005 《 用惰性气 体熔解热传导法测定钛合金中氢的标准试验方法》 测 量了盘条中的氢含量。研究高碳钢盘条在不同时效时 间下， 力学性能和拉伸断口的变化规律。 由 于 S2B 和 72B 钢 的 碳 含 量 均 在 共 析 成 分
比较 图 1 和 图 2 可 以 看 出，对 于 !6. 5mm SWRH72B 钢盘条， 时效进行到第 S 天左右， 力学性能 基本稳定， 而对于 !13 mm SWRHS2B 钢盘条， 需要时 力学性能才能基本稳定。 效 12 天以上， !" !$ 氢含量 图 3 为 !6. 5 mm SWRH72B 和 !13 mm SWRHS2B 钢盘条氢含量随时间的变化曲线。从图 3 中可以看
niversity， Nanjing Jiangsu 210096 ， China
2. Jiangsu Shagang Group Co. ， Ltd. ， Zhangjiagang Jiangsu 215625 ， China） Abstract ： Effects of the ageing time on tensiIe strength and area reduction of the SWRH72B and SWRHS2B high carbon steeI wire rods were studied. The hydrogen content was measured. With the heIp of scanning eIectron microscope （ SEM） ， the tensiIe fracture morphoIogy was observed. The resuIts show that the tensiIe strength of the SWRH72B and SWRHS2B steeI wire rods changes IittIe ， but the reduction of area increases by over 50% . The content of hydrogen in steeI decreases with increasing the ageing time. There is a white disk on the fresh tensiIe fracture of high carbon steeI wire rod. However the white disk disappears after enough aging treatment. Key words： SWRH72B and SWRHS2B high carbon steeI wire rods； aging treatment； mechanicaI properties； fracture appearance 采用连铸连轧、 斯太尔摩高速线材生产线生产高 碳钢盘条， 用于拉拔生产钢丝和钢绞线。检测中发现 刚生产的高碳钢盘条面收缩率偏低， 难以满足生产的 要求。 当 放 置 一 段 时 间 后， 断面收缩率有较大提 ［ 1-2 ］ 高 ， 而强度变化不大， 可用于拉丝生产， 即所谓的高 碳钢时效现象。同时还发现， 各个生产厂家生产的高 碳钢盘条， 所需要的时效时间也不同， 夏季时效时间相 对较短， 而冬季需要时效时间相对较长。由于生产的 高碳钢盘条需时效后才能用于拉丝生产， 对产品质量 的稳定性、 资金的周转和产品的使用很不利， 提高了相 关厂家的生产成本。因此， 对高碳钢盘条的时效规律 进行研究是十分重要的。本文通过对时效不同时间后 SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条的力学性能、 氢含 量和拉伸断口形貌进行比较分析， 研究了时效处理对
［ 3］ 断裂 ， 由于 材 料 塑 性 较 好， 见 不 到 明 显 的 放 射 线。
时效 8 天与时效 1 天的拉伸断口形貌相比， 纤维区较 小， 而剪切唇较长， 说明材料的塑性明显提高。图 5 是 1 组 !13 mm SWR~82B 钢不同时效时间下拉伸断口 形貌照片。 从图 5 中可以看到， 拉伸断口存在明显的纤维区、
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0. 77% 左右， 其余元素含量均比较接近， 生产工艺过程 基本相同， 通过对组织转变过程的控制， 得到均为伪共 析珠 光 体 组 织。 !6. 5 mm SWRH72B 与 !13 mm SWRHS2B 钢强度基本相似， 均在 1150 Mpa 左右， 两 者具有较强的可比性； 同时， 由于 S2B 钢生产小规格 （ 6. 5 mm） 品种的数量较少， 采集样品较困难， 因此采 用 !6. 5mm 72B 钢盘条作为对比钢种。
显上升； 当时效进行到 2 天左右， 抗拉强度和断面收缩 率均明显下降； 随着时效时间的延长， 抗拉强度逐渐恢 复到未时效前的水平， 而断面收缩率则逐渐提高， 当时 效时间达到 12 天后， 盘条的力学性能趋于稳定。1 号 和 2 号盘条的断面收缩率提高了近 130% ， 而 3 号盘 条的断面收缩率提高了约 70% 。
2
试验结果与分析
!" #$ 拉伸试验结果 图 1 所示为 !6. 5 mm SWRH72B 钢盘条的力学性 能与时效时间的关系。从图 1 中可以看到， 在一定的 时间内， 该盘条的力学性能随时间的变化而改变。经 过 2 天的时效后， 抗拉强度降到最低， 然后逐渐上升， 当时效进行到第 4 天后， 强度变化不大， 基本恢复到未 时效前的水平 （ 见图 1a ） ； 随着时效时间的延长， 断面 断面收缩 收缩率逐渐提高， 在时效时间未到 3 天以前， 率变化不大， 然后逐渐上升， 时效 S 天后， 断面收缩率 趋于定值， 提高幅度达 50% 以上。
图1 !6. 5 mm SWRH72B 钢盘条力学性能与时效时间的关系 MechanicaI property !" aging time of the !6. 5 mm SWRH72B SteeI wire rod
（ a）tenSiIe Strength !" aging time （ b）reduction of area !" aging time （ a）抗拉强度与时效时间的关系 （ b）断面收缩率与时效时间的关系
效和时效 2 天的拉伸断口中， 纤维区的颜色较浅， 有一 明显白圈 （ 如图 5a 和 5b 所示） ； 时效 4 天后 （ 如图 5c、 5d 、 5e 和 5f 所示） ， 白圈已经消失， 并且随着时间的延 长， 剪切唇明显变长， 表明材料的塑性变好； 当时效时 间超过 16 天后， 拉伸断口形貌无明显变化。
时效处理对高碳钢盘条性能的影响
2 胡显军1， ， 陈少慧2 ， 方
峰1 ， 蒋建清1
（ 1. 东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210096 ； 2. 江苏沙钢集团有限公司 技术中心， 江苏 张家港 215625 ） 测量了材 摘要： 研究了时效处理时间对 SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条抗拉强度和断面收缩率的影响规律， 料中氢含量的变化， 用扫描电镜分析了高碳钢盘条拉伸断口形貌的变化。结果表明， 经过时效处理后， SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条的抗拉强度变化不大， 但断面收缩率提高 50% 以上； 随着时效时间的延长， 盘条中氢含 量逐渐降低； 未经充分时效处理的拉伸断口上存在白圈， 时效处理后白圈消失。 关键词： SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条； 时效处理； 力学性能； 断口形貌 TG113. 25 ； TG156. 92 中图分类号： 文献标识码： A 文章编号： 0254-6051 （ 2007 ） 03-0036-05
Effect of Aging Treatment on Mechanical Properties of High Carbon Steel Wire Rods
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2 Xian-jun1， ， CHEN Shao-hui2 ， FANG Feng1 ， JIANG Jian-ging1
（ 1. CoIIege of MateriaIs Science and Engineering， Southeast
图2
!13 mm SWRHS2B 钢盘条力学性能与时效时间的关系 Fig. 2 MechanicaI property !S. aging time of the !13 mm SWRHS2B SteeI wire rod
（ a）抗拉强度与时效时间的关系 （ b）断面收缩率与时效时间的关系
（ a）tenSiIe Strength !". aging time （ b）reduction of area !". aging time
到， 随着 !13 mm SWRHS2B 钢盘条最初氢含量较高， 时 效时间的延长， 氢含量逐渐降低。 经过约 12 天后，
Fig. 1
图 2 是 3 组 !13 mm SWRHS2B 钢盘条的力学性 能与时效时间的关系曲线。其中， 1 号和 2 号取自同 3 号的冷却速度更快， 其强度比 1 一炉号， 与之相比， 号、 2 号约高 20 Mpa， 断面收缩率则要低 5% 左右。 从图 2a 和 2b 中可以看到， 3 组盘条的抗拉强度 和面缩的 变 化 趋 势 基 本 相 同。对 于 SWRHS2B 钢 盘 盘条的抗拉强度和断面收缩率均明 条， 时效 1 天左右，
SWRH72B 和 SWRHS2B 钢盘条性能的影响规律， 并探 讨了影响高碳钢盘条时效时间的主要因素。
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试验材料与方法
选取 SWRH72B 和 SWRHS2B 两种不同含碳量的
高碳钢盘条进行时效试验， 其规格和化学成分见表 1 。
SWRH72B 和 SWRH82B 高碳钢盘条的规格和 %） 化学成分 （ 质量分数， Table 1 The diameter and chemical composition of tested steel SWRH72B and SWRH82B（ wt%）
Fig. 3 图3 高碳钢盘条氢含量与时效时间的关系 Hydrogen content of high carbon SteeI !". aging tiwk.baidu.come
《 金属热处理》 2007 年第 32 卷第 3 期
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材料中的氢含量变化不大； 对于 !6. 5 mm SWR~72B 钢盘条也表现出相似的规律， 氢含量随时间的延长而 逐渐降低， 时效 12 天后氢含量基本稳定。 !" #$ 拉伸断口形貌 图 4 是 !6. 5 mm SWR~72B 钢盘条分别在未时效 和时效 8 天后的拉伸断口形貌照片。从图 4 中可以看 到， 不同时效时间后， 盘条的拉伸断口均为微孔聚集型
作者简介： 胡显军 （ 1975. 10 —） ， 男， 江西乐平人， 工程师， 博士 研究生， 发表论文 4 篇， 获得江苏省科技进步一等奖 1 项， 主要 从事钢铁材料组织与性能的研究。联系人： 方峰副教授， 电话： 025-52090630 ， E-maiI： fangfeng@ seu. edu. cn 基金项目： 江苏省科技成果转化专项 （ BA2004021 ） ； 江苏省材 料摩擦学重点试验室开放课题 （ kjsmcX04003 ） 收稿日期： 2006-04-20
钢号 SWRH72B SWRHS2B 规格 / mm !6. 5 !13 C Si Mn P S Cr Cu 0. 72 0. 19 0. 62 0. 014 0. S2 0. 24 0. 72 0. 015 0. 013 0. 07 0. 11 0. 011 0. 19 0. 10
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对 SWRH72B 和 SWRHS2B （ 以 下 简 称 72B 和 S2B） 高碳钢盘条每放置一定的时间后， 测试其抗拉强 度和断面收缩率。采用扫描电子显微镜对拉伸断口形 貌进行观察， 并用美国 Leco 公司生产的 TCH600 型 N / 0 / H 综合测定仪， 按照 ASTM-E1447 —2005 《 用惰性气 体熔解热传导法测定钛合金中氢的标准试验方法》 测 量了盘条中的氢含量。研究高碳钢盘条在不同时效时 间下， 力学性能和拉伸断口的变化规律。 由 于 S2B 和 72B 钢 的 碳 含 量 均 在 共 析 成 分
比较 图 1 和 图 2 可 以 看 出，对 于 !6. 5mm SWRH72B 钢盘条， 时效进行到第 S 天左右， 力学性能 基本稳定， 而对于 !13 mm SWRHS2B 钢盘条， 需要时 力学性能才能基本稳定。 效 12 天以上， !" !$ 氢含量 图 3 为 !6. 5 mm SWRH72B 和 !13 mm SWRHS2B 钢盘条氢含量随时间的变化曲线。从图 3 中可以看
niversity， Nanjing Jiangsu 210096 ， China
2. Jiangsu Shagang Group Co. ， Ltd. ， Zhangjiagang Jiangsu 215625 ， China） Abstract ： Effects of the ageing time on tensiIe strength and area reduction of the SWRH72B and SWRHS2B high carbon steeI wire rods were studied. The hydrogen content was measured. With the heIp of scanning eIectron microscope （ SEM） ， the tensiIe fracture morphoIogy was observed. The resuIts show that the tensiIe strength of the SWRH72B and SWRHS2B steeI wire rods changes IittIe ， but the reduction of area increases by over 50% . The content of hydrogen in steeI decreases with increasing the ageing time. There is a white disk on the fresh tensiIe fracture of high carbon steeI wire rod. However the white disk disappears after enough aging treatment. Key words： SWRH72B and SWRHS2B high carbon steeI wire rods； aging treatment； mechanicaI properties； fracture appearance 采用连铸连轧、 斯太尔摩高速线材生产线生产高 碳钢盘条， 用于拉拔生产钢丝和钢绞线。检测中发现 刚生产的高碳钢盘条面收缩率偏低， 难以满足生产的 要求。 当 放 置 一 段 时 间 后， 断面收缩率有较大提 ［ 1-2 ］ 高 ， 而强度变化不大， 可用于拉丝生产， 即所谓的高 碳钢时效现象。同时还发现， 各个生产厂家生产的高 碳钢盘条， 所需要的时效时间也不同， 夏季时效时间相 对较短， 而冬季需要时效时间相对较长。由于生产的 高碳钢盘条需时效后才能用于拉丝生产， 对产品质量 的稳定性、 资金的周转和产品的使用很不利， 提高了相 关厂家的生产成本。因此， 对高碳钢盘条的时效规律 进行研究是十分重要的。本文通过对时效不同时间后 SWRH72B 和 SWRHS2B 高碳钢盘条的力学性能、 氢含 量和拉伸断口形貌进行比较分析， 研究了时效处理对
［ 3］ 断裂 ， 由于 材 料 塑 性 较 好， 见 不 到 明 显 的 放 射 线。
时效 8 天与时效 1 天的拉伸断口形貌相比， 纤维区较 小， 而剪切唇较长， 说明材料的塑性明显提高。图 5 是 1 组 !13 mm SWR~82B 钢不同时效时间下拉伸断口 形貌照片。 从图 5 中可以看到， 拉伸断口存在明显的纤维区、
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《 金属热处理》 2007 年第 32 卷第 3 期
0. 77% 左右， 其余元素含量均比较接近， 生产工艺过程 基本相同， 通过对组织转变过程的控制， 得到均为伪共 析珠 光 体 组 织。 !6. 5 mm SWRH72B 与 !13 mm SWRHS2B 钢强度基本相似， 均在 1150 Mpa 左右， 两 者具有较强的可比性； 同时， 由于 S2B 钢生产小规格 （ 6. 5 mm） 品种的数量较少， 采集样品较困难， 因此采 用 !6. 5mm 72B 钢盘条作为对比钢种。
显上升； 当时效进行到 2 天左右， 抗拉强度和断面收缩 率均明显下降； 随着时效时间的延长， 抗拉强度逐渐恢 复到未时效前的水平， 而断面收缩率则逐渐提高， 当时 效时间达到 12 天后， 盘条的力学性能趋于稳定。1 号 和 2 号盘条的断面收缩率提高了近 130% ， 而 3 号盘 条的断面收缩率提高了约 70% 。
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试验结果与分析
!" #$ 拉伸试验结果 图 1 所示为 !6. 5 mm SWRH72B 钢盘条的力学性 能与时效时间的关系。从图 1 中可以看到， 在一定的 时间内， 该盘条的力学性能随时间的变化而改变。经 过 2 天的时效后， 抗拉强度降到最低， 然后逐渐上升， 当时效进行到第 4 天后， 强度变化不大， 基本恢复到未 时效前的水平 （ 见图 1a ） ； 随着时效时间的延长， 断面 断面收缩 收缩率逐渐提高， 在时效时间未到 3 天以前， 率变化不大， 然后逐渐上升， 时效 S 天后， 断面收缩率 趋于定值， 提高幅度达 50% 以上。
图1 !6. 5 mm SWRH72B 钢盘条力学性能与时效时间的关系 MechanicaI property !" aging time of the !6. 5 mm SWRH72B SteeI wire rod
（ a）tenSiIe Strength !" aging time （ b）reduction of area !" aging time （ a）抗拉强度与时效时间的关系 （ b）断面收缩率与时效时间的关系