不同奧氏體化溫度對于支承輥用鋼連續冷卻轉變曲線的影響

劉小川

摘要：采用膨脹法測定了一種新型支承輥用鋼連續冷卻轉變（C.C.T.）圖，著重研究了連續冷卻條件下不同奧氏體化溫度對過冷奧氏體轉變規律的影響。試驗結果表明：過冷奧氏體的轉變明顯的分成兩個區域，高溫轉變區即鐵素體和珠光體區以及中溫轉變區即貝氏體區。隨著奧氏體化溫度的增高，過冷奧氏體穩定性增強，各轉變區轉變溫度下降

關鍵詞：支承輥用鋼；奧氏體化溫度；連續冷卻轉變曲線

鋼的性能主要取決于鋼的組織與結構，而對于一定成分的某一種鋼其組織決定于熱處理工藝。因此，測定其連續冷卻轉變（C.C.T.）圖、選擇適當的熱處理工藝參數對于一種產品的性能指標是至關重要的。實際生產中支承輥的工作條件以及對其性能的要求：（1）使用過程中，在交變應力作用下，硬化層底部產生的微裂紋擴展至輥身表面，形成剝落，同時支承輥與工作輥滾動接觸，易產生加工硬化現象，這就要求支承輥要具有較高的抗接觸疲勞能力。（2）在軋制過程中，工作輥工作時要求剛度高、變形小，而支承輥對工作輥起支承作用，因此支承輥應具有良好的剛度。（3）支承輥使用周期長，為防止輥頸裂斷，要求輥頸具有良好的韌性、抗斷裂性能和屈服強度。（4）交變彎曲應力使支承輥中部磨損嚴重，形成凹形輥型，輥身兩端接觸應力劇增，導致掉肩剝落，要求支承輥具有好的耐磨性。支撐輥的失效形式主要是輥面剝落、磨損和斷輥，還可以有纏輥，粘輥多種形式。因此要求其輥頸的高韌性、高強度和抗斷裂性能與輥身的高屈服強度、高耐磨性達到完美結合。

本文中針對我公司最新開發的支承輥用鋼，研究了這種新型支承輥用鋼過冷奧氏體轉變的規律并且重點分析了不同奧氏體化溫度對過冷奧氏體轉變產物的影響，為制定熱處理工藝參數以及數值模擬提供了理論根據。

1實驗條件和方法

實驗所用材料取自實驗室冶煉支承輥試驗鍛件。用膨脹法[1]在DIL-801型熱膨脹儀上測定該鋼的臨界點Ac1和Ac3，做兩次實驗以求得平均值；以此為基礎，在L78-RITA型淬火相變儀上測定該鋼種的過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線。奧氏體化溫度保溫一定時間，奧氏體化條件分別為：920℃×20min，940℃×20min，按不同冷卻速度（1℃/min-120℃/min）冷卻到室溫，采集冷卻全過程溫度-膨脹曲線。利用LEICA DM4000M型正式光學顯微鏡觀察轉變產物的顯微組織，并利用Tukon 2100B型維氏硬度計測定組織硬度（HV3）。

2實驗結果與討論

2.1 臨界點

升溫速率為2.5℃/min，測得實驗用鋼加熱時的臨界點為：Ac1=799℃，Ac3=854℃。

2.2 顯微組織

對比實驗用鋼幾個臨界冷速冷卻后的金相組織，可以看出，隨著冷卻速度的增加，實驗用鋼的組織依次表現為珠光體、貝氏體和馬氏體。當冷速小于1℃/min時，奧氏體化溫度920℃組織為珠光體+鐵素體，奧氏體化溫度940oC組織中出現貝氏體；冷速繼續增加至5℃/min，奧氏體化溫度920℃鋼中大部分組織為貝氏體，而940℃組織中已經出現馬氏體；當冷速大于20℃/min時，920℃鋼組織中仍有部分貝氏體，而940℃鋼中已經完全為馬氏體。

2.3 C.C.T.圖的繪制

根據不同冷卻速度的膨脹曲線結合金相組織，把測得的膨脹曲線上的轉折點（即轉變開始點和終止點）標記在“溫度-時間”對數坐標圖上，并觀察冷卻后的金相組織。經過對各條膨脹曲線上的轉折點和對應金相組織作分析后，將各物理意義相同的點連接起來，就得到了此種材料的CCT圖[2]。如圖1圖2所示。冷卻曲線下端標注對應的冷卻速度和按此速度冷卻后組織（即最終轉變產物）的維氏硬度值（HV3）。

2.4 實驗結果分析

對比兩組試樣在冷卻過程中的曲線，如表1所見，隨著奧氏體化溫度的升高，過冷奧氏體貝氏體區轉變的相應溫度（臨界轉變點）降低，。按最大冷卻速度得到馬氏體轉變點，奧氏體化溫度為920℃鋼Ms=310℃，奧氏體化溫度940℃鋼Ms=308℃。

這種新型支撐輥用鋼中含有合金元素Cr、Mo、V等，而這些是強烈增加淬透性的合金元素，它們在奧氏體中的溶解度決定了過冷奧氏體穩定性的大小。當奧氏體化溫度較低時，奧氏體中溶人合金元素較少，奧氏體穩定性也較小，當奧氏體化溫度較高時，合金元素較多地溶入奧氏體中，奧氏體穩定性增大，并且隨著合金元素不斷溶入奧氏體中，可顯著減小奧體晶粒的尺寸，提高鋼的淬透性[3]。這與我們實際測繪的曲線中奧氏體化溫度升高，曲線右下移現象是一致的。總體表現來看，這些合金元素增大了過冷奧氏體的穩定性，使C曲線右移，并降低了馬氏體轉變的臨界冷卻速度。

3 結論

3.1 對于這種新型支承輥用鋼，隨著奧氏體化溫度的增高，過冷奧氏體逐漸穩定，整個曲線右下移。

3.2 貝氏體開始形成溫度隨冷卻速度增大而逐漸降低，隨奧氏體化溫度升高而降低，馬氏體轉變臨界冷卻速度降低，提高了鋼的淬透性。

參考文獻：

[1] 花桂泰，楊勝蓉.YB/T5127-93鋼的臨界點測定方法（膨脹法）[M].北京：中國標準出版社，1997.

[2] 楊勝蓉. YB/T5129-93 鋼的連續冷卻轉變曲線圖的測定方法（膨脹法）[M].北京：中國標準出版社，1997.

[3] 張明珠，韓學三，樊翔宇.YB-70 軋輥鋼連續冷卻轉變曲線的測試與研究[J].一重技術，2001，2-3：106-108.