摘 要:利用 LINSEISR．I．T．AL７８淬火式膨胀仪,测定了高铬锻钢轧辊在１０３０ ℃奥氏体化 后以不同速率冷却时的相变膨胀曲线,采用膨胀法结合金相检验和硬度测试测定了高铬锻钢轧辊 的临界点温度,用 Origin软件绘制了高铬锻钢轧辊的连续冷却转变(CCT)曲线,并对其结果进行 了分析.结果表明:高铬锻钢轧辊的 CCT 曲线上存在珠光体、贝氏体和马氏体３个相变区,且这 ３个相变区完全分离;当冷却速率≥１ ℃s－１时,组织为单一马氏体相变组织,且马氏体转变开始温 度 Ms 随着冷却速率的增大而降低.

关键词:高铬锻钢轧辊;CCT 曲线;显微组织;显微硬度

中图分类号:TG１４２．１ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)１２Ｇ０８９７Ｇ０３

锻钢冷轧辊主要用于冷轧板材的轧制,在轧制 过程中轧辊的服役条件比较苛刻.同时,冷轧板材 的质量要求较高,为了保证冷轧板材的质量,必须提 高冷轧工作辊的性能,如高而均匀的硬度和淬硬层 深度、高的耐磨性以及抗事故能力等,这在很大程度 上取决于热处理工艺.连续冷却转变(CCT)曲线在 轧辊的热处理工艺中具有重要作用,为此笔者对高 铬锻钢轧辊的 CCT 曲线及其组织转变进行了研究, 为优化生产工艺、提高轧辊性能提供基础数据.

１ 试样制备与试验方法

试验材料为高铬锻钢轧辊,其化学成分(质量分 数/％)为:０．９９C,０．７１Si,０．２５Mn,０．００６P,０．００３S, ９．８０Cr,０．７９Ni,０．６３Mo,０．３５V;原始显微组织为珠 光体＋碳化物.试样尺寸为ϕ３mm×１０mm.

采用 LINSEISR．I．T．A L７８淬火式膨胀仪进 行试验.首先以１０ ℃s－１的速率将试样加热升温 到５００ ℃,然后再以１ ℃s－１的速率将试样加热升 温到试验钢奥氏体化温度１０３０ ℃,保温２０min后 分别以不同冷却速率冷却,１２个试样的冷却速率分 别为１０,５,３,１,０．８,０．５,０．３,０．２,０．１,０．０８,０．０５, ０．０３ ℃s－１.

膨胀仪测定后试样经镶嵌、磨抛后用体积分数 为６％的硝酸酒精溶液浸蚀,用Zeiss光学显微镜观 察不同冷却速率试样的显微组织.

用 HXSＧ１０００A 型显微硬度计测定不同冷却速 率试样的基体显微硬度,载荷为０．９８N(０．１kgf), 加载保持时间为１０s.

将试样冷却过程中的膨胀量和温度原始数据绘 制出膨胀量Ｇ温度曲线,再用切线法[１]确定相变开始 温度及结束温度,然后以温度为纵坐标,时间对数为 横坐标,用 Origin８．０ 计算机软件绘制试验高铬锻 钢轧辊的 CCT 曲线[１].

２ 试验结果与讨论

２．１ 不同冷却速率下的膨胀曲线

由图 １ 可 见:当 冷 却 速 率 为 １０ ℃s－１ 和１ ℃s－１时,试验高铬锻钢轧辊的膨胀曲线从奥氏 体化温度１０３０ ℃开始连续冷却至室温,只发生了 马氏体转变,冷却速率为１０ ℃s－１时的马氏体转变 开始温度为２２２．９ ℃,冷却速率为１ ℃s－１时的马 氏体 转 变 开 始 温 度 为 ２８９．７ ℃;当 冷 却 速 率 为 ０．２ ℃s－１时,膨胀曲线开始出现两处明显的膨胀 点,即珠光体转变点和马氏体转变点,相变开始温度 分别为７１４．５ ℃和２８１．１ ℃,但是从显微组织上判 定冷却过程中还出现了贝氏体转变,只是转变点不 太明显;在冷却速率为０．１ ℃s－１ 的冷却过程中发 生了珠光体转变和贝氏体转变,珠光体转变开始温 度为７５３．９ ℃,贝氏体转变开始温度为３９１．０ ℃;在 冷却速率为０．０５ ℃s－１和０．０３ ℃s－１的冷却过程 中都出现了一处明显的膨胀点,相变开始温度分别 为７６６．８ ℃和７３０．７３ ℃,但从显微组织上判定冷却 过程中还有贝氏体转变,只是转变点不明显.

２．２ 不同冷却速率下的转变产物

不同冷却速率下膨胀试样的金相检验和硬度测 试结果见表１.可见冷却速率≥１℃s－１时的显微组 织为马 氏 体 ＋ 残 余 奥 氏 体 ＋ 碳 化 物;冷 却 速 率 为 ０．２℃s－１和０．３℃s－１时的显微组织为珠光体＋贝 氏体＋ 马 氏 体 ＋ 残 余 奥 氏 体 ＋ 碳 化 物;冷 却 速 率 ＜０２．℃s－１时的显微组织为珠光体＋贝氏体＋碳化物.

２．３ 连续冷却转变曲线

通过分析不同冷却速率下的膨胀曲线,绘制出CCT 曲线如图２所示.

​

在图２中,相变区域有珠光体(P)、贝氏体(B) 和马氏体(M)３个相变区,且珠光体区、贝氏体区和 马 氏 体 区 这 ３ 个 区 域 完 全 分 离. 冷 却 速 率 为 ０．２ ℃s－１ 是 一 个 临 界 速 率:当 冷 却 速 率 小 于 ０．２ ℃s－１时,只有珠光体相变和贝氏体相变;当冷 却速率等于０．２ ℃s－１时,发生了马氏体相变,且有 珠光 体 相 变 和 贝 氏 体 相 变. 当 冷 却 速 率 为 １ ℃s－１ 时,只有单一马氏体相变,且随着冷却速率的增大,马氏体转变开始温度 Ms 降低.珠光体 转变的特点是转变温度较高,冷却速率较慢.贝氏 体转变是钢经奥氏体化后,在冷却到介于珠光体转 变和马氏体转变的中温区域内发生的半扩散型转 变[２].由于该高铬锻钢轧辊中含有大量铬元素,使 贝氏体转变温度范围下降,而珠光体转变温度范围 上升,从而使该钢的珠光体转变区和贝氏体转变区 完全分离[３Ｇ７].

冷却速率增大,过冷度和相变驱动力增大,使得 相变的自由焓差增大[８].随着过冷度的加大,晶界及 位错等处的临界形核自由能与均匀形核时的临界形 核自由能相比逐渐变小,这就意味着随着过冷度的加 大,在晶界上越容易形核,故在冷却过程中相变越容 易在较低的温度下进行,即导致相变点温度降低[９].

３ 结论

(１)得到了高铬锻钢轧辊的连续冷却转变 CCT 曲线:冷 却 速 率 ≥１ ℃s－１ 时 的 显 微 组 织 为 马 氏 体＋残余奥氏体＋碳化物;冷却速率为０．２℃s－１和０．３℃s－１时的显微组织为珠光体＋贝氏体＋马氏 体＋残余奥氏体＋碳化物;冷却速率为＜０．２℃s－１ 时的显微组织为珠光体＋贝氏体＋碳化物.

(２)高铬锻钢轧辊的连续冷却转变 CCT 曲线 上存在珠光体、贝氏体和马氏体３个相变区,且这 ３个相变区完全分离.

(３)当冷却速率≥１℃s－１时,组织为单一马氏 体相变组织,且马氏体转变开始温度 Ms 随着冷却 速率的增大而降低.

参考文献:

[１] 林慧国,傅代直．钢的奥氏体转变曲线原理测试与应 用[M]．北京:机械工业出版社,１９８８．

[２] 崔忠圻．金属学与热处理[M]．北京:机械工业出版 社,２０００．

[３] 郭青苗,任吉堂．钢的过冷奥氏体连续转变(CCT)曲 线的解析化[J]．河北理工学院学报,２００６,２８(２):３３Ｇ ３６．

[４] 金自力,陈刚．Gleeble１５００测定４５钢CCT曲线的结 果分析[J]．包头钢铁学院学报,２００４,２３(４):３２６Ｇ３２８．

[５] 季英萍,李炎,魏世忠,等．高钒高速钢连续冷却转变 曲线的测定与分析[J]．机械工程材料,２００７,３１(７): ６３Ｇ６５．

[６] 史远,黄胜永,安治国．冷却速率对３０CrNiMo８钢的 过冷奥氏体转变的影响[J]．理化检验(物理分册), ２０１７,５３(１１):７８２Ｇ７８５．

[７] 徐幸．１０B２１钢防滑链抗拉载荷不合格原因分析[J]． 理化检验(物理分册),２０１６,５２(４):２７８Ｇ２８０．

[８] 李壮,张平礼,王佳夫,等．硅Ｇ锰系 TRIP钢热处理工 艺的研究[J]．机械工程材料,２００４,２８(１２):４２Ｇ４５．

[９] 马艳丽,康永林,王建泽．高强耐候钢相变组织变化 规律研究[J]．机械工程材料,２００６,３０(１):１２Ｇ１５．

文章来源——材料与测试网​​​​​​​​​​​