第42卷第3期2021年6月
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol.42.No.3
June 2021 •67 •
韩怀宾^’3宋建锋3王清波3白瑞娟3王维2’3虞学庆3
(1东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳110819;
2河南省特殊钢材料研究院有限公司，济源459000;3河南济源钢铁（集团）有限公司，济源459000)
摘要对非调质钢JGF45V终轧1000 t热轧态和860 X：正火态冲击功试样进行金相分析和扫描电镜分析，得出晶粒度是影响非调质钢JGF45V室温冲击功的重要参数。通过终轧温度由1000 T降低至900 ~930 t，冷却 速度为0. 3丈/s的工艺试验，晶粒度级别由5提高到7，室温U型冲击功由32 J提高到&55 J。
关键词非调质钢J G F45V冲击功晶粒度终轧温度冷速
Effect of Finishing Rolling Temperature and Grain Size on Impact Energy of Non-Quenched-Tempered JGF45V Steel
H a n Huaibin1'2'3,Song Jianfeng3,W a n g Qingbo3,Bai Ruijuan3,W a n g W e i23 and Y u Xueqing3
(1 State Key Laboratory of Rolling and Automation, Northeastern University, Shenyang 110819；
2 Henan Special Steel Advance Materials Research Institute Co Ltd, Jiyuan 459000；
3 Henan Jiyuan Iron &Steel (Group) Co Ltd, Jiyuan 459000)
Abstract The impact energy samples of non-quenched-tempered steel JGF45V hot-rolled state by finishing rolling at 1000 T! and normalized state by normalizing at 860 X.are analyzed by metallography and scanning electron microscope. It is obtained that grain size is an important parameter affecting room temperature impact energy of non-quenched-tempered JGF45V steel. Through process test of decreasing the finishing rolling temperature from 1000 to 900 〜930 Tl with t
he cooling rate being 0. 3 X l/s, the grain size rating of steel increases from 5 to 7, and the room U-shaped impact energy increases from 32 J to ^55J.
Material Index Non-Quenched-Tempered JGF45V Steel, Impact Energy, Grain Size, Finishing Rolling Temperature, Cooling Rate
非调质钢是通过微合金化、控轧、控冷等方法，取消调质处理，性能达到调质钢要求的一种优质结 构钢[1]，活塞杆是用来支撑活塞做功的连接部件，是一种运动较为频繁和技术要求较高的运动部件[2]。其中活塞杆用非调质钢JGF45V，用户要求室 温环境下U型冲击检测结果身35 J，以保障活塞连 接部件在支持活塞做功的过程中可以承受各种载 荷，并能保持稳定的状态且不产生变形、断裂或失 效。济钢公司初期开发的活塞杆用非调质钢JGF45V，在检验过程中发现室温环境下U型冲击检 测结果偏下限或低于下限，严重阻碍了该钢种的开 发，为此对影响活塞杆用非调质钢冲击钿性的影响 因素进行了深入研究。
1试验材料及方案
非调质钢热轧JGF45V圆钢生产工艺为：120 t 转炉冶炼-LF-RH-连铸（400 m m x500 mm方坯）-轧 制-钢材缓冷。采用0105 mm规格的JGF45V圆钢 进行试验研究，化学成分见表1，其成分符合非调质 钢JGF45V钢技术条件要求。
表1JGF45V钢的化学成分/%
Table 1 Chemical composition of JGF45V steel / %
项目C S i Mn P S V
目标成分
实测成分
0.40~
0.48
0.44
0. 15 ~
晶粒度检测0.35
0.28
0.80-
1.40
1.35
0.035
0.021
0.035
0.003
0.06~
0. 15
0.09
在同一支活塞杆用非调质钢JGF45V热轧圆钢 试样上截取0105 m m X 130 mm试样6支，将所取 试样
随机分成2组进行试验，试验方案见表2。在6 支试样1/2半径处沿纵向取10 m m X10 m m X55 m m U型缺口冲击试样，进行U型冲击对比测试。采用 金相分析和扫描电镜等方法对试验钢的显微组织进 行观察和分析。
2试验结果和分析
从表2可以看出，试验方案一的3个室温U型 冲击检测结果，一个处于标准下限，两个低于标准要 求，试验方案二经过正火后的3个试样室温U型冲 击功得到大幅提升，达到了 60 J以上，符合标准要求。
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特殊钢第42卷
金属材料的冲击断口由纤维区、 放射区以及剪切唇区3部分组成，对 应断裂过程中裂纹的形成区、扩展区 和断裂区，断口的纤维区和剪切唇区 域为试样断口的韧性区域，放射区则 为断口的脆性区域，可通过衡量放射
表2试验方案和U 型冲击检测结果
Table 2 Test scheme and U-shaped impact test results
试验试样取样方式
取样U 型冲击U 型冲击室温U 型室温U 型冲方案状态
位置
取样数M 试样编号冲击功/J 击功标准/J
一热轧态，终轧温 度 1 000 T 热轧态取样
R /2处
31,2,332,32,35彡35二
860 t 正火
热处理后 取样
R /2处
3
4,5,6
65,63,68
彡35
图1 JGF45V 钢冲击断口宏观形貌图:(a)l 〇〇〇 sc 终轧的热轧态;（b)860 t ：正火态
Fig. 1
Macro morphology of impact fracture of JGF45V steel ： (a) hot rolled state by finishing rolling at 1 000 t ； (b) B 60 Tl normalized state
区或纤维区和剪切唇区域面积在整个断口面积中所 占比例，即可间接判断材料軔性的好坏[W]。
两个试验方案对应冲击试样断口形貌见图1, 热轧态试样断口平齐光亮，呈结晶状，且断口有较强 的金属光泽，无明显纤维区及剪切唇区，放射区几乎 占据全部断口，断口无明显塑性变形。正火态试样 冲击断口表面不平整，呈暗灰，存在一定比例的纤 维区及剪切唇区，放射区面积较热乳态试样断口面 积缩小。
2.2微观断口
在两试验方案中挑选1#和4#冲击断口试样使
用EV 018扫描电子显微镜进行扫描电镜分析。热 乳态试样断口纤维区呈扇形花样，为解理断裂（图 2a )；正火态试样断口纤维区由大小不一的韧窝密 集分布（图2b )。热轧态试样断口放射区为解理断
裂，断口放射区可见解理台阶和解理刻面，解理刻面 上有少量河流花样，解理刻面呈扇形（图3a )；相比 较而言，正火态试样断口存在较高的解理台阶，解理 面参差不平，撕裂产生的裂口深度明显（图3b )，表 现出材料具有一定的抗裂纹扩展能力。图4为不同 方案试验断口剪切唇区形貌，从图4中可以看出，热 轧态试样断口剪切唇区为韧窝特征和河流状花样特
图2 JGF 45V 钢1 000丈终轧的热轧态（a )和860 T ：正火态（b )冲击断口纤维区微观形貌图
Fig. 2 Macro morphology of fiber zone in impact fracture of ( a) 1 000 X l finishing rolling hot rolled state ( b) 860 °C normalized state of JGF45V
steel
第3期韩怀宾等：终轧温度和晶粒度对非调质钢jGFASV 冲击功的影响• 69 •
图3 JGF45V 钢1 000 t 终轧的热轧态（a )和860 正火态（b )冲击断口放射区微观形貌图
Fig. 3 Micro morphology of radiation zone of impact fracture surface of ( a) 1 000 Tl finishing rolling hot rolled state (b ) 860 Ti normalized state of JGF45V steel
图4 JGF45V 钢1 000 t 终轧的热轧态（a )和860 X ：正火态（b )冲击断口剪切唇区微观形貌图
Fig. 4 Micro morphology of shear lip of impact fracture of (a) 1 000 Xl finishing rolling hot rolled state (b ) 860 T! normalized state of JGF45V steel
征（图4a )，经860尤正火后，正火态试样断口剪切 唇区由密集分布的抛物线型拉长靭窝组成（图4b )。
从扫描电镜分析结果看，（1)热轧态试验试样 冲击断口呈扇形花样，为解理脆性断面，材料冲击韧 性较低；经860丈正火后试样断口纤维区及剪切唇 区比例增大，且两区域均由密集分布的韧窝组成，放 射区存在较高的解理台阶，解理面参差不平，撕裂产 生的裂口深度明显，表现出材料具有一定的抗裂纹 扩展能力，具有一定的韧性。（2)试样断口上未发 现异常夹杂物，所以异常夹杂物不是造成试样室温 U 型冲击偏低的原因。（3)由于6支试样均来自同一根
钢棒，可排除六个试样氢含 量高导致脆性断裂的可 能性。
2.3金相检验
根据 GB /T 13298-2015《金属显微组织检验方法》的规定，在6支试样上分别 制取横向和纵向试样，经镶
嵌、磨制、抛光、腐蚀后，使用AXIO Scope . A 1金相 显微镜对试样进行观察分析：
(1) 按照GB /T 10561-2015《钢中非金属夹杂物 显微评定方法》标准的规定，在金相显微镜下对非 金属夹杂物检测分析。非金属夹杂物检测分析结果 表明，1 ~6号试样非金属夹杂物级别较低、钢材纯 净度较高，非金属夹杂物不是造成1 ~3号试样U 型冲击偏低的原因。
(2) 按照GB /T 13299-1991《钢的显微组织评定 方法》评定钢材显微组织情况。试样组织为均匀分
表3 JGF45V 钢热处理试验方案及夹杂物和晶粒度级别/级
Table 3 Heat treatment test scheme, inclusion and grain size rating of JGF45V steel /
rating
S K
试样状态
晶粒度
带状组织
非金属夹杂物
A
B
C
D
Ds 细
粗
细
粗
细
粗
细
粗
一
1热轧态终轧温55
0.510.500000002 度1 000^550.50.5000000.5003
550.50.50.50000000.5二
4 860丈正火800.50.5000000.5005800.51000000.500.56
80
0.5
0.5
0.5
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布的珠光体+铁素体，未见异常组织，无明显带状
组织。
(3)按照GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测
定方法》对1〜6号试样晶粒度进行评定。由表3可
见，钢材正火后可使得钢材晶粒度得到显著提高。
检验结果表明,6支试样非金属夹杂物级别较
低、钢材洁净度较高，组织均正常，无明显带状组织，
可以看出导致JGF45V钢室温冲击功偏低的原因与
非金属夹杂物及带状组织无关。经过860尤正火后
钢材的晶粒得到细化，在晶粒细化的同时冲击韧性
显著提升。由此可以确定，影响活塞杆用非调质钢
冲击韧性的重要因素为晶粒度。
3控轧控冷工艺实验
根据试验情况，可以得出晶粒度是影响活塞杆
用非调质钢室温冲击功的重要参数，因此，细化钢材
晶粒成为工艺调整的重要方向。细化钢材晶粒的主
要途径有：微合金化、细化基体组织、降温轧制、加大
冷却速度等+7]。根据生产实际情况，连铸坯的成分
及组织是一定的，只能通过改善乳制及冷却方式进
行试验。
0105 m m JGF45V热轧圆钢正常轧制终乳温度
控制在1 〇〇〇t左右，控制较低的终轧温度，可细化
晶粒，有利于改善靭性[8]。轧后冷速对钢材性能影
响很大，合理的快冷工艺可通过析出强化和细化晶
粒改善钢材的性能191。根据乳钢车间的设备现状
制定控轧控冷试验方案，见表4。
结果表明，3种试验轧制方案对活塞杆用非调
质钢热乳圆钢微观组织的影响一致，组织均为均匀
表4控轧控冷试验方案及检验结果
Table 4 Test scheme and test results of controlled rolling
and cooling
试验方案轧制方案
终轧钢材
温度/丈
冷速/
(*c -S-')
晶粒
度/级
室温U型
冲击功/J
一正常轧制
(980 -1010 X.)10000.3 5.035,32,36
二
低温轧制
(950-970
9600.3 6.040,42,45
三
低温轧制
(900 〜930
9200.37.055,58,57
分布的珠光体+铁素体，无异常组织，无明显带状组
织。其中采用低温轧制两种工艺的试样晶粒度与普
通轧制工艺相比得到显著细化，晶粒度达到6.0级
以上，尤其是将终轧温度控制在900 ~ 930 ^、冷却
速度为0.3 ^八时，晶粒度达到7.0级，在保证钢材
力学性能的同时，冲击韧性得到显著提髙，达到55 J
以上，满足了室温环境下U型冲击功為35 J的技术
要求。
4结语
(1) 影响活塞杆用非调质钢室温冲击靭性的重
要参数为晶粒度。
(2) 结合生产实际，采用控轧控冷工艺，控制非
调质钢钢材终轧温度为900 ~ 930丈，冷却速度为
0.3丈/s的生产工艺，在细化晶粒度的同时可以显
著提升室温冲击韧性，是生产活塞杆用非调质钢热
轧圆钢最佳的生产控制工艺。
参考文献
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韩怀宾（1982-)，男，博士生（东北大学），高级工程师，2005
年安徽工业大学（本科）毕业，非调质钢幵发。
E-mail:152****8910@126. com
收稿日期:2020-11-28
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