陳 方，王小東，史永剛，張澤宇，王仲凱

（陜鋼集團產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院有限公司，陜西 漢中 723000）

45鋼廣泛用于汽車、機械等行業(yè)的桿類、軸類、螺栓等零件的加工，加工工藝復(fù)雜多樣，一般包括車削、熱鍛、冷鐓、熱處理等工藝，對圓鋼的表面質(zhì)量及力學性能要求均較高。國標要求在對45鋼的力學性能進行檢測時，需先對樣品進行850℃的正火處理后，再進行拉伸試驗。下游加工企業(yè)一般先進行一系列變形加工后，再對工件進行熱處理，以滿足使用要求。因此，45鋼熱軋狀態(tài)下力學性能的穩(wěn)定性是保證其后續(xù)加工生產(chǎn)順行的主要影響因素，摸索出45鋼力學性能穩(wěn)定的最佳時段，可為下游加工生產(chǎn)提供科學的參考。

1 試驗材料及方法

試驗采用的45鋼化學成分如表1所示，生產(chǎn)工藝為：混鐵爐→120 t轉(zhuǎn)爐→吹氬站→LF爐→方坯連鑄機→加熱爐→粗軋→中軋→精軋→冷卻。按國標GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》中對拉伸試樣尺寸的要求來進行拉伸試樣的制備。對同一批圓棒取心部試樣，利用機械加工的方式將其加工成為標準的室溫拉伸試樣，其規(guī)格為5 mm×25 mm，然后在萬能材料試驗機上進行室溫拉伸試驗。通過拉伸試驗,可得到幾種不同試驗圓棒的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率等力學性能參數(shù)。試驗中采用的儀器為微機控制電液伺服萬能試驗機，型號為WAW-300，精度等級為0.5。

表1 45鋼成分控制表

為保證取樣穩(wěn)定性，取當日生產(chǎn)完成的同一批次Φ25 mm、Φ32 mm規(guī)格的45鋼試樣各65支，并將兩種規(guī)格的樣品各分為13組，每組5支。將每組樣品按照試樣1至試樣13分成13個部分，并進行標識。試樣1需在生產(chǎn)當日進行試驗，以作為初檢，記錄試驗數(shù)據(jù)。其他試樣按照標號順序，每天對一組試樣進行試驗，并記錄試驗數(shù)據(jù)。

2 試驗結(jié)果分析

45鋼試驗數(shù)據(jù)為每組5支試樣試驗數(shù)據(jù)的平均值，試驗結(jié)果如表2所示，力學性能變化趨勢如圖1所示。

圖1 45鋼力學性能變化趨勢圖

表2 45鋼力學性能試驗結(jié)果

1-1 45鋼屈服強度和抗拉強度變化圖

通過對試驗數(shù)據(jù)進行對比，得出45鋼Φ25 mm、Φ32 mm規(guī)格的圓鋼在熱軋狀態(tài)下的平均屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率均滿足國標對熱處理狀態(tài)下45鋼的三項性能指標要求，且有較高的富余量。斷面收縮率隨時間的推移呈現(xiàn)上升趨勢，熱軋狀態(tài)下，45鋼斷面收縮率初檢均低于國標對熱處理狀態(tài)下的性能指標要求，自第9天后，始熱軋狀態(tài)的斷面收縮率整體趨于穩(wěn)定，滿足國標熱處理狀態(tài)要求。

45鋼金相組織如圖2所示，圖2-1和圖2-2分別為第1天和第13天試樣的金相組織，組織無明顯變化，均為鐵素體+珠光體。金相組織評級如表3所示，無帶狀組織，晶粒度為9.5~10.0級，魏氏組織級別為1級，對45鋼力學性能不會產(chǎn)生明顯影響，反而對沖擊韌性有積極作用[1]。

表3 45鋼顯微組織分析結(jié)果

圖2 45鋼金相組織圖

45鋼拉伸斷口的宏觀形貌如圖3所示，從圖3可以看出，45鋼拉伸斷口宏觀形貌呈現(xiàn)杯錐狀，斷口分為三個區(qū)域，中心部分為灰色纖維區(qū)，纖維區(qū)四周為輻射狀裂紋擴展區(qū)，邊緣為剪切唇區(qū)，斷口類型為韌性斷口。因沒有灰白色斑點[2]，可排除由氫脆導致的斷面收縮率降低的可能性。

圖3 45鋼拉伸斷口的宏觀形貌

熱軋狀態(tài)下45鋼的斷面收縮率隨時間推移明顯增高，因鋼材在軋制冷卻過程中，各相轉(zhuǎn)變不平衡，微量原子分布不穩(wěn)定，導致晶格畸變的產(chǎn)生；在軋制冷卻后，鋼材會產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力也會牽引晶格發(fā)生畸變。拉伸過程使得試樣中的位錯沒有充分滑移而過早斷裂，但是隨著時間的推移，各微量原子也通過擴散到達穩(wěn)定位置，晶格畸變逐漸消除，殘余應(yīng)力也逐漸被釋放，并最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，這時原子間距也基本達到平衡位置。因此，在拉伸過程中，試樣中的位錯可以充分滑移，產(chǎn)生較大的塑性變形量，從而推遲鋼材在拉伸過程中的斷裂，在宏觀上則表現(xiàn)為斷面收縮率增加。

3 結(jié)論

1）熱軋狀態(tài)下的45鋼屈服強度、抗拉強度以及斷后伸長率均滿足國標對45鋼熱處理狀態(tài)下三項性能指標要求，且在室溫下，隨時間的推移，三項性能較為穩(wěn)定，未發(fā)生明顯變化。

2）在室溫下，熱軋狀態(tài)下的45鋼隨著時間的推移，斷面收縮率不斷增長，并在第8天后，各項指標滿足國標對45鋼熱處理狀態(tài)的性能要求，且趨于穩(wěn)定。

3）建議45鋼在生產(chǎn)后放置10 d，待性能穩(wěn)定后，再進行加工使用。