摘 要:利用 LINSEISR．I．T．AL７８淬火式膨脹儀,測定了高鉻鍛鋼軋輥在１０３０ ℃奧氏體化 后以不同速率冷卻時(shí)的相變膨脹曲線,采用膨脹法結(jié)合金相檢驗(yàn)和硬度測試測定了高鉻鍛鋼軋輥 的臨界點(diǎn)溫度,用 Origin軟件繪制了高鉻鍛鋼軋輥的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線,并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行 了分析.結(jié)果表明:高鉻鍛鋼軋輥的 CCT 曲線上存在珠光體、貝氏體和馬氏體３個(gè)相變區(qū),且這 ３個(gè)相變區(qū)完全分離;當(dāng)冷卻速率≥１ ℃??s－１時(shí),組織為單一馬氏體相變組織,且馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫 度 Ms 隨著冷卻速率的增大而降低. 

關(guān)鍵詞:高鉻鍛鋼軋輥;CCT 曲線;顯微組織;顯微硬度 

中圖分類號(hào):TG１４２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)１２Ｇ０８９７Ｇ０３

鍛鋼冷軋輥主要用于冷軋板材的軋制,在軋制 過程中軋輥的服役條件比較苛刻.同時(shí),冷軋板材 的質(zhì)量要求較高,為了保證冷軋板材的質(zhì)量,必須提 高冷軋工作輥的性能,如高而均勻的硬度和淬硬層 深度、高的耐磨性以及抗事故能力等,這在很大程度 上取決于熱處理工藝.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線在 軋輥的熱處理工藝中具有重要作用,為此筆者對(duì)高 鉻鍛鋼軋輥的 CCT 曲線及其組織轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究, 為優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高軋輥性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

１ 試樣制備與試驗(yàn)方法 

試驗(yàn)材料為高鉻鍛鋼軋輥,其化學(xué)成分(質(zhì)量分 數(shù)/％)為:０．９９C,０．７１Si,０．２５Mn,０．００６P,０．００３S, ９．８０Cr,０．７９Ni,０．６３Mo,０．３５V;原始顯微組織為珠 光體＋碳化物.試樣尺寸為?３mm×１０mm. 

采用 LINSEISR．I．T．A L７８淬火式膨脹儀進(jìn) 行試驗(yàn).首先以１０ ℃??s－１的速率將試樣加熱升溫 到５００ ℃,然后再以１ ℃??s－１的速率將試樣加熱升 溫到試驗(yàn)鋼奧氏體化溫度１０３０ ℃,保溫２０min后 分別以不同冷卻速率冷卻,１２個(gè)試樣的冷卻速率分 別為１０,５,３,１,０．８,０．５,０．３,０．２,０．１,０．０８,０．０５, ０．０３ ℃??s－１. 

膨脹儀測定后試樣經(jīng)鑲嵌、磨拋后用體積分?jǐn)?shù) 為６％的硝酸酒精溶液浸蝕,用Zeiss光學(xué)顯微鏡觀 察不同冷卻速率試樣的顯微組織.

用 HXSＧ１０００A 型顯微硬度計(jì)測定不同冷卻速 率試樣的基體顯微硬度,載荷為０．９８N(０．１kgf), 加載保持時(shí)間為１０s. 

將試樣冷卻過程中的膨脹量和溫度原始數(shù)據(jù)繪 制出膨脹量Ｇ溫度曲線,再用切線法[１]確定相變開始 溫度及結(jié)束溫度,然后以溫度為縱坐標(biāo),時(shí)間對(duì)數(shù)為 橫坐標(biāo),用 Origin８．０ 計(jì)算機(jī)軟件繪制試驗(yàn)高鉻鍛 鋼軋輥的 CCT 曲線[１]. 

２ 試驗(yàn)結(jié)果與討論 

２．１ 不同冷卻速率下的膨脹曲線 

由圖 １ 可 見:當(dāng) 冷 卻 速 率 為 １０ ℃??s－１ 和１ ℃??s－１時(shí),試驗(yàn)高鉻鍛鋼軋輥的膨脹曲線從奧氏 體化溫度１０３０ ℃開始連續(xù)冷卻至室溫,只發(fā)生了 馬氏體轉(zhuǎn)變,冷卻速率為１０ ℃??s－１時(shí)的馬氏體轉(zhuǎn)變 開始溫度為２２２．９ ℃,冷卻速率為１ ℃??s－１時(shí)的馬 氏體 轉(zhuǎn) 變 開 始 溫 度 為 ２８９．７ ℃;當(dāng) 冷 卻 速 率 為 ０．２ ℃??s－１時(shí),膨脹曲線開始出現(xiàn)兩處明顯的膨脹 點(diǎn),即珠光體轉(zhuǎn)變點(diǎn)和馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn),相變開始溫度 分別為７１４．５ ℃和２８１．１ ℃,但是從顯微組織上判 定冷卻過程中還出現(xiàn)了貝氏體轉(zhuǎn)變,只是轉(zhuǎn)變點(diǎn)不 太明顯;在冷卻速率為０．１ ℃??s－１ 的冷卻過程中發(fā) 生了珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變,珠光體轉(zhuǎn)變開始溫 度為７５３．９ ℃,貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度為３９１．０ ℃;在 冷卻速率為０．０５ ℃??s－１和０．０３ ℃??s－１的冷卻過程 中都出現(xiàn)了一處明顯的膨脹點(diǎn),相變開始溫度分別 為７６６．８ ℃和７３０．７３ ℃,但從顯微組織上判定冷卻 過程中還有貝氏體轉(zhuǎn)變,只是轉(zhuǎn)變點(diǎn)不明顯.

２．２ 不同冷卻速率下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 

不同冷卻速率下膨脹試樣的金相檢驗(yàn)和硬度測 試結(jié)果見表１.可見冷卻速率≥１℃??s－１時(shí)的顯微組 織為馬 氏 體 ＋ 殘 余 奧 氏 體 ＋ 碳 化 物;冷 卻 速 率 為 ０．２℃??s－１和０．３℃??s－１時(shí)的顯微組織為珠光體＋貝 氏體＋ 馬 氏 體 ＋ 殘 余 奧 氏 體 ＋ 碳 化 物;冷 卻 速 率 ＜０２．℃??s－１時(shí)的顯微組織為珠光體＋貝氏體＋碳化物. 

２．３ 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 

通過分析不同冷卻速率下的膨脹曲線,繪制出CCT 曲線如圖２所示.

在圖２中,相變區(qū)域有珠光體(P)、貝氏體(B) 和馬氏體(M)３個(gè)相變區(qū),且珠光體區(qū)、貝氏體區(qū)和 馬 氏 體 區(qū) 這 ３ 個(gè) 區(qū) 域 完 全 分 離. 冷 卻 速 率 為 ０．２ ℃??s－１ 是 一 個(gè) 臨 界 速 率:當(dāng) 冷 卻 速 率 小 于 ０．２ ℃??s－１時(shí),只有珠光體相變和貝氏體相變;當(dāng)冷 卻速率等于０．２ ℃??s－１時(shí),發(fā)生了馬氏體相變,且有 珠光 體 相 變 和 貝 氏 體 相 變. 當(dāng) 冷 卻 速 率 為 １ ℃??s－１ 時(shí),只有單一馬氏體相變,且隨著冷卻速率的增大,馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度 Ms 降低.珠光體 轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)變溫度較高,冷卻速率較慢.貝氏 體轉(zhuǎn)變是鋼經(jīng)奧氏體化后,在冷卻到介于珠光體轉(zhuǎn) 變和馬氏體轉(zhuǎn)變的中溫區(qū)域內(nèi)發(fā)生的半擴(kuò)散型轉(zhuǎn) 變[２].由于該高鉻鍛鋼軋輥中含有大量鉻元素,使 貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍下降,而珠光體轉(zhuǎn)變溫度范圍 上升,從而使該鋼的珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 完全分離[３Ｇ７].

冷卻速率增大,過冷度和相變驅(qū)動(dòng)力增大,使得 相變的自由焓差增大[８].隨著過冷度的加大,晶界及 位錯(cuò)等處的臨界形核自由能與均勻形核時(shí)的臨界形 核自由能相比逐漸變小,這就意味著隨著過冷度的加 大,在晶界上越容易形核,故在冷卻過程中相變?cè)饺? 易在較低的溫度下進(jìn)行,即導(dǎo)致相變點(diǎn)溫度降低[９].

３ 結(jié)論

(１)得到了高鉻鍛鋼軋輥的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 CCT 曲線:冷 卻 速 率 ≥１ ℃??s－１ 時(shí) 的 顯 微 組 織 為 馬 氏 體＋殘余奧氏體＋碳化物;冷卻速率為０．２℃??s－１和０．３℃??s－１時(shí)的顯微組織為珠光體＋貝氏體＋馬氏 體＋殘余奧氏體＋碳化物;冷卻速率為＜０．２℃??s－１ 時(shí)的顯微組織為珠光體＋貝氏體＋碳化物. 

(２)高鉻鍛鋼軋輥的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 CCT 曲線 上存在珠光體、貝氏體和馬氏體３個(gè)相變區(qū),且這 ３個(gè)相變區(qū)完全分離. 

(３)當(dāng)冷卻速率≥１℃??s－１時(shí),組織為單一馬氏 體相變組織,且馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度 Ms 隨著冷卻 速率的增大而降低. 

參考文獻(xiàn): 

[１] 林慧國,傅代直．鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變曲線原理測試與應(yīng) 用[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,１９８８． 

[２] 崔忠圻．金屬學(xué)與熱處理[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,２０００． 

[３] 郭青苗,任吉堂．鋼的過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變(CCT)曲 線的解析化[J]．河北理工學(xué)院學(xué)報(bào),２００６,２８(２):３３Ｇ ３６． 

[４] 金自力,陳剛．Gleeble１５００測定４５鋼CCT曲線的結(jié) 果分析[J]．包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào),２００４,２３(４):３２６Ｇ３２８． 

[５] 季英萍,李炎,魏世忠,等．高釩高速鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 曲線的測定與分析[J]．機(jī)械工程材料,２００７,３１(７): ６３Ｇ６５． 

[６] 史遠(yuǎn),黃勝永,安治國．冷卻速率對(duì)３０CrNiMo８鋼的 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響[J]．理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)), ２０１７,５３(１１):７８２Ｇ７８５． 

[７] 徐幸．１０B２１鋼防滑鏈抗拉載荷不合格原因分析[J]． 理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),２０１６,５２(４):２７８Ｇ２８０． 

[８] 李壯,張平禮,王佳夫,等．硅Ｇ錳系 TRIP鋼熱處理工 藝的研究[J]．機(jī)械工程材料,２００４,２８(１２):４２Ｇ４５． 

[９] 馬艷麗,康永林,王建澤．高強(qiáng)耐候鋼相變組織變化 規(guī)律研究[J]．機(jī)械工程材料,２００６,３０(１):１２Ｇ１５．

文章來源——材料與測試網(wǎng)