鉻元素對低碳鋼先共析鐵素體組織轉變的影響

熊偉， 岳旭東

（1.渤海船舶職業學院，遼寧興城 125105；2.遼寧工業大學，遼寧錦州 121000）

0 引言

低碳鋼強度低、硬度低而軟，雖易于接受各種加工，但使其使用范圍大大受到局限[1-3]。隨著工業的發展對低碳鋼的性能提出了更高的要求。而碳鋼性能主要由先共析鐵素體的形態與分布決定[4-5]，故研究先共析鐵素體的形態與分布是十分必要的。本文通過大量試驗研究鉻元素對低碳鋼先共析鐵素體組織轉變的影響；對試驗結果進行分析，得出鉻含量及溫度的變化對碳鋼中先共析鐵素體形貌的影響規律。

1 試驗內容與方法

1.1 試驗儀器與設備

中頻感應加熱爐，箱式電阻爐（RXG-23×50×20型）,線切割機,試樣磨拋機（MP-2B型）,金相顯微鏡（Axiovert-200MAT型）,掃描電鏡（S-3000型），洛氏硬度計（HR-150DT型）[6]。

1.2 試驗方法

1）爐料的配制。本試驗采用原鋼（0.15C-Fe）、純鉻原料熔煉獲得不同鉻含量低碳合金鋼鑄錠[7]，Cr含量分別為0.4%、0.8%、1.6%。

2）試樣切割及編號。將試樣取出4段直徑為5 mm的圓柱，用車床進行加工；合格后用線切割將圓柱分別截取長度為4～5 mm的小圓柱。試樣按成分和熱處理方式不同進行分組編號。

3）熱處理工藝曲線的確定。為了觀察轉變組織，保留組織一般都要經過淬火處理，低碳鋼的熱處理溫度一般都在700～900℃；加熱至900℃線保溫5 min實現完全奧氏體化。

試樣隨爐升溫，當試樣加熱到900℃時開始保溫，按0.5 mm/min的加熱速度，試樣在900℃保溫時間為5 min，然后開始降溫。熱處理工藝曲線如圖1所示。

圖1 熱處理工藝曲線

4）顯微組織觀察。試樣鑲嵌好后，利用砂輪機對試樣表面進行粗磨，再用120#～800#金相砂紙進行精磨，然后拋光。無劃痕后用4%硝酸酒精對試樣進行腐蝕，腐蝕時間為2～4 s[9-11]。在Axiovert 200MT型金相顯微鏡上觀察試樣金相組織，并對典型視場拍照。

5）硬度測試。采用HR-150DT型洛氏硬度計。測試時在試樣的不同部位測量4點，第一點去掉，剩下的3點取平均值，即為該試樣的宏觀硬度值（HRC）。

2 試驗結果與分析

現以Cr含量為0.8%試樣為例分析其對0.15C-Fe鋼先共析鐵素體組織轉變的影響，圖2為顯微組織圖[12-13]。從圖可以看出組織主要有馬氏體、鐵素體、珠光體三種，在不同溫度下淬火，所得到的組織含量各不相同。在855℃水淬，得到針狀馬氏體，組織很細，且馬氏體含量較多，還得到殘余奧氏體，白色鐵素體含量相對較少。在835℃水淬，鐵素體的含量明顯增多，此時馬氏體已經不呈針狀，變短，呈圓粒狀，并且馬氏體的含量相對減少。在785℃水淬，馬氏體明顯減少，白色鐵素體開始呈現明顯片狀[14]。在755℃水淬，鐵素體基體已經呈現整體分布且面積大，而珠光體與少量的馬氏體幾乎是成點塊狀分布在鐵素體基體上。在785℃水淬，白色鐵素體開始呈現連續分布，特別是在755℃時尤為明顯；735℃時，珠光體已經很少，呈片狀分布在鐵素體基體上[15]。可以得出淬火溫度越高，組織越細。降溫溫差越大，開始冷卻溫度越高，冷速快，越容易形成馬氏體。

現以淬火溫度785℃為例分析不同Cr含量對0.15CFe鋼先共析鐵素體組織轉變的影響，顯微組織圖3所示。由圖可以看出，Cr含量為0.4%時，馬氏體明顯減少，鐵素體開始呈現連續分布。

圖2 Cr含量為0.8%時低碳鋼不同溫度下顯微組織

Cr含量為0.8%時，馬氏體明顯減少，白色鐵素體開始呈現明顯片狀。Cr含量為1.6%時，馬氏體已經幾乎看不到了，白色鐵素體開始呈現明顯片狀[16]。可以得出Cr可以提高馬氏體形成溫度，Cr含量越高，馬氏體形成需要的溫度越高。

3 結論

通過對試驗結果分析得到以下結論：1）相同的鉻含量和相同的冷卻條件下，冷卻速度越大，越容易形成馬氏體，組織中馬氏體的形成數量增多；2）顯微組織主要有馬氏體、鐵素體、珠光體三種，淬火溫度越高，組織越細；3）Cr可以提高馬氏體形成溫度，Cr含量越高，馬氏體形成需要的溫度越高。

圖3 淬火溫度785℃時，不同Cr含量試樣顯微組織