35CrMo模具鋼的相變規律及硬度研究

陳永南，殷延濤，于曉龍

（1萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271104；2山鋼股份營銷總公司，山東濟南 250101）

試驗研究

35CrMo模具鋼的相變規律及硬度研究

陳永南1，殷延濤1，于曉龍2

（1萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271104；2山鋼股份營銷總公司，山東濟南 250101）

利用MMS—200熱模擬試驗機研究了35CrMo模具鋼的相變規律，采用熱膨脹法及金相法建立了CCT曲線，分析了工藝參數對組織的影響。結果表明，冷卻速度＜0.2℃/s時，鋼的組織為鐵素體＋珠光體；冷速0.2～0.5℃/s時，為貝氏體及少量鐵素體＋珠光體；冷速0.5～2℃/s時，為貝氏體；冷速2～7℃/s時，為貝氏體、馬氏體混合組織；冷速7～15℃/s時，組織中主要是馬氏體及少量的殘余奧氏體，隨冷速增大，貝氏體減少，馬氏體增加，試樣的硬度也隨之增加。

35CrMo鋼；相變規律；CCT曲線；硬度

1 前言

目前，塑料模具材料仍以模具鋼為主，模具鋼的發展推動了工業產品向多樣化、個性化、高附加值的方向發展。我國模具鋼已基本形成較完整的鋼種體系，并有相應的國家標準［1］。隨著塑料制品應用范圍擴大，形狀趨于大型復雜化，對模具材料的機加工性能、硬度、強度以及對模具成型面的粗糙度和光澤度等提出越來越高的要求［2］。萊鋼新建的4300寬厚板生產線及熱處理線設備先進，生產能力較強，可以充分發揮設備潛力，擴大生產品種，提高經濟效益。本研究對35CrMo模具鋼的相變規律及硬度變化情況進行探討，以期為模具鋼板的研究開發提供數據支持。

2 試驗方案

為了解在實際生產中軋后不同的冷卻速度下鋼板中的組織組成及冷卻速度對軋后組織的影響規律，采用熱模擬的方法對軋制及冷卻工藝進行模擬。35CrMo模具鋼經過鐵水脫硫處理、120 t轉爐冶煉、LF鋼包精煉、RH真空脫氣處理、300 mm厚度板坯連鑄、4 300 mm寬厚板粗軋機軋制為120 mm粗軋坯。從粗軋坯上取樣，表面經過修磨后加工成Φ10 mm×18 mm的圓柱形試樣。鋼的化學成分見表1。

表1 35CrMo試驗鋼化學成分（質量分數）%

在MMS—200熱模擬試驗機上進行控軋控冷工藝過程的熱模擬試驗。將試樣以20℃/s的速度加熱到1 200℃奧氏體化，保溫8 min（參考10～20 min），以5℃/s速度冷卻到920℃保溫1 min，進行壓縮變形，變形量為50%（真應變0.69），應變速率1 s-1，變形后等溫保持10 s，分別以0.1、0.2、0.4、0.5、0.8、1.0、1.5、2、3、5、7、10、15℃/s的速度冷卻到150℃，試驗后的試樣在金相顯微鏡下觀察顯微組織，研究組織演變規律，并測試試樣的硬度以及試樣在冷卻過程中的溫度—橫應變膨脹曲線。

3 試驗結果

3.1 不同冷卻速度的金相組織

35CrMo試驗鋼不同冷卻速度下典型的金相組織如圖1所示。

3.2 硬度測量方法及結果

熱模擬試驗后的試樣采用熱壓鑲嵌法鑲嵌到圓形模型中，在試樣心部測兩個點，求平均值。為避免測點影響，兩點之間相隔一定距離。試驗鋼不同冷卻速度對應的組織及硬度見表2。

表2 35CrMo試驗鋼不同冷卻速度對應的組織及硬度

3.3 CCT曲線

根據膨脹曲線并結合不同冷卻速度下的組織，繪制出的35CrMo試驗鋼動態CCT曲線見圖2。

鋼的連續冷卻轉變曲線能夠系統反映冷卻速度對相轉變開始點、相變進行程度和相變所得組織的影響規律，是合理制定熱處理工藝的重要依據，也是研究固態相變理論的重要基礎。由圖2可以看到，相變區域主要為3部分：即高溫轉變區，其相變產物主要是先共析鐵素體和珠光體；中溫轉變區，其相變產物是貝氏體；低溫轉變區，其相變產物是針狀馬氏體。冷卻速度為＜0.2℃/s時，生成F＋P組織（見圖1a）；冷卻速度為0.2～0.5℃/s時，生成B及少量F＋P組織（見圖1b、圖1c），且隨冷卻速度增大，F和P逐漸減少，B逐漸增多；冷卻速度為0.5～2℃/s時，組織為B和M（見圖1d）；冷卻速度為2～7℃/s時，隨冷卻速度增大，B逐漸消失，M逐漸增多（見圖1e）；冷卻速度為7～15℃/s時，組織中主要是M組織及少量的殘余奧氏體（見圖1f）。馬氏體轉變時在晶粒內造成密度很高的晶格缺陷，阻礙位錯運動，從而使馬氏體強化。馬氏體形成還會受到固溶強化和時效強化的影響。因此馬氏體具有高硬度和高強度的特點。

圖1 不同冷速下35CrMo試驗鋼的金相組織

圖2 35CrMo試驗鋼動態CCT曲線

4 結論

4.135 CrMo試驗鋼相變區域主要為3部分：高溫轉變區—相變產物主要是先共析鐵素體和珠光體；中溫轉變區—相變產物是貝氏體；低溫轉變區—相變產物是針狀馬氏體。

4.2冷卻速度＜0.2℃/s時，35CrMo試驗鋼生成鐵素體＋珠光體組織；冷卻速度0.2～0.5℃/s時，生成貝氏體及少量鐵素體＋珠光體，并隨冷卻速度增大，鐵素體＋珠光體逐漸減少，貝氏體逐漸增多；冷卻速度0.5～2℃/s時，組織為貝氏體組織；冷卻速度2～7℃/s時，生成貝氏體、馬氏體混合組織，并隨冷卻速度增大，貝氏體逐漸減少，馬氏體逐漸增多，試樣的硬度也隨之增加；冷卻速度7～15℃/s時，組織中主要是馬氏體及少量的殘余奧氏體。

［1］倪亞輝，丁義超.常用塑料模具鋼的發展現狀及應用［J］.塑料工業，2008，36（9）：5-8.

［2］殷志祥，高余順.塑料模具鋼的發展和應用［C］//中國工程塑料加工應用技術研討會.2002.

Research on the Phase Transformation Law and Hardness of 35CrMo Mould Steel

CHEN Yongnan1,YIN Yantao1,YU Xiaolong2
（1 Laiwu Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China; 2 The Marketing General Corporation of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The transformation law of 35CrMo mould steel is studied by means of MMS—200 thermal simulator.The CCT curve is set up and the influencing law of technological parameters on microstructure is analyzed by using thermal expansion method and metallographic method.The test results show that the cooling rate is less than 0.2℃/s,the microstructure of the steel is ferrite and pearlite.The cooling rate is 0.2 to 0.5℃/s,the microstructure is bainite and a small amount of ferrite with pearlite.The cooling rate of 0.5 to 2℃/s,the microstructure is bainite.When the cooling rate is 2-7℃/s,the microstructure is bainite and martensite.The cooling rate is 7 to 15℃/s, the microstructure is mainly martensite and a small amount of residual austenite.The bainite decreases,martensite increases,the hardness of samples increases with the increasing of cooling rate.

35CrMo steel;phase transformation law;CCT curve;hardness

TG142.1

A

1004-4620（2017）01-0036-02

2016-10-20

陳永南，男，1982年生，2006年畢業于西安建筑科技大學材料成型及控制工程專業。現為萊鋼集團銀山型鋼寬厚板事業部安全生產科工程師，從事生產管理工作。