熱處理對60CrMnMo軋輥鋼微觀組織與硬度的影響

于文妍，王永紅

(1 內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭014010;2 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司特鋼分公司，內(nèi)蒙古包頭014010)

自從鋼包爐外精煉爐誕生，生產(chǎn)質(zhì)量高、噸位大的軋輥鋼成為可能。特別是通過電渣重熔可生產(chǎn)高潔凈度、小偏析和結(jié)晶度細(xì)小的高硬度軋輥鋼。冶煉時選用硫、磷以及其他雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)生鐵和廢鋼。對造渣材料、鐵礦石以及各種鐵合金、脫氧劑、增碳劑等除了有嚴(yán)格的質(zhì)量規(guī)定外，使用前還要徹底干燥，以防氣體和夾雜帶入鋼水中。冶煉須在爐體良好的情況下進(jìn)行。

冶煉高質(zhì)量的坯材經(jīng)過鍛造后組織均一，性能穩(wěn)定。鍛鋼軋輥根據(jù)材質(zhì)和用途的不同，一般進(jìn)行不同的熱處理工藝處理。為控制不耐磨鐵素體數(shù)量，熱軋輥的含碳量規(guī)定不小于0.45%，合金元素含量應(yīng)根據(jù)軋輥直徑大小和強(qiáng)度要求確定，從而保證足夠的強(qiáng)韌性。60CrMnMo 中碳鋼(0.35% ～0.65%C)軋輥一般經(jīng)正火回火或調(diào)質(zhì)處理后硬度約300HB ～350HB，可作為熱軋的工作軋輥或支承輥。楊慶祥［1－5］等人曾研究了稀土對60CrMnMo軋輥鋼的疲勞性能、抗氧化性及夾雜物形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)稀土元素提高了60CrMnMo 軋輥鋼的高溫低周疲勞性能，改善了MnS 夾雜物形態(tài)，降低氧化速率。張英云［6］等人通過正火+調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)了60CrMnMo 軋輥鋼，熱處理后的硬度值為269HB ～302HB。本文基于上述文獻(xiàn)的研究成果，運(yùn)用金相顯微鏡、硬度測試機(jī)等檢驗(yàn)手段，進(jìn)一步研究一次正火、二次正火和油淬三種熱處理工藝對60CrMnMo軋輥鋼組織與性能的影響，并對一次正火、二次正火和油淬后的試樣進(jìn)行560℃、580℃和600℃回火處理，以便于制定合理的熱處理工藝制度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分見表1。根據(jù)60CrMnMo 軋輥鋼的化學(xué)成分，確定三種熱處理工藝制度如圖1 所示。圖1 中分別為一次正火、二次正火和油淬處理實(shí)驗(yàn)方案，試樣處理前以300℃爐溫時入爐，一次正火和油淬分別加熱到650℃保溫10min，之后以60℃/h 的速度加熱至860℃保溫30min 后空冷或油冷。二次正火工藝是將一次正火重復(fù)處理一次。為了保證試樣的塑性，無論是一次正火、二次正火和油淬處理，之后都需進(jìn)行560℃、580℃和600℃溫度下保溫處理120min 后出爐空冷。

表1 實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分(質(zhì)量百分比，%)Table 1 Chemical element of researched rolled steel(mass fraction/%)

圖1 熱處理工藝:(a)一次正火，(b)二次正火，(c)油淬Fig.1 Heat treatment processes:(a)a normalizing，(b)secondary normalizing and(c)oil quenching

2 結(jié)果及討論

熱處理后的金相組織如圖2 所示。由圖可知，一次正火、二次正火和油淬三種熱處理工藝處理后的60CrMnMo 軋輥鋼金相組織各不相同，一次正火后的組織為貝氏體，二次正火后的組織為珠光體和鐵素體，油淬后的組織為馬氏體和碳化物。事實(shí)上，油淬的試樣冷速較高，達(dá)到了馬氏體形成的必要條件。而正火試樣出爐后的空冷沒有達(dá)到馬氏體形成的必要冷卻條件，一次正火達(dá)到了貝氏體形成的基本條件，而二次正火試樣的珠光體和鐵素體的形成是貝氏體組織進(jìn)一步演變，對提高材質(zhì)的塑性和韌性有利。

圖2 熱處理對60CrMnMo 軋輥鋼金相組織的影響:(a)一次正火，(b)二次正火，(c)油淬Fig.2 Effects of heat treatment on microstructure of 60CrMnMo rolled steel:(a)a normalizing，(b)secondary normalizing and(c)oil quenching

一次正火、二次正火和油淬三種熱處理工藝處理后的60CrMnMo 軋輥鋼試樣硬度如圖3 所示。由圖可知，不論是否進(jìn)行回火，油淬后的60CrMnMo 軋輥鋼試樣硬度高于正火態(tài)試樣。油淬后的60CrMnMo 軋輥鋼硬度較高，測試平均值為586HB，一次正火和二次正火后的試樣硬度值較為接近，分別為372HB 和370HB。這一測試結(jié)果證實(shí)了上述微觀組織分析的正確性。一次正火和油淬的60CrMnMo 軋輥鋼試樣分別進(jìn)行560℃、580℃和600℃回火處理后的硬度值呈現(xiàn)下降趨勢;二次正火60CrMnMo 軋輥鋼試樣分別進(jìn)行560℃、580℃和600℃回火處理后的硬度值呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，580℃回火對應(yīng)的試樣硬度值較高。

圖3 熱處理對60CrMnMo 軋輥鋼硬度的影響Fig.3 Effects of heat treatment on hardness of 60CrMnMo rolled steel

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過一次正火、二次正火和油淬三種熱處理工藝處理后的60CrMnMo 軋輥鋼金相組織各不相同，一次正火后的組織為貝氏體，二次正火后的組織為珠光體和鐵素體，油淬后的組織為馬氏體和碳化物。

(2)本文所研究的一次正火、二次正火和油淬三種熱處理方案，油淬后的60CrMnMo 軋輥鋼硬度較高，測試平均值為586HB，一次正火和二次正火后的試樣硬度值較為接近，分別為 372HB和370HB。

(3)一次正火和油淬的60CrMnMo 軋輥鋼試樣分別進(jìn)行560℃、580℃和600℃回火處理后的硬度值呈現(xiàn)下降趨勢;二次正火60CrMnMo 軋輥鋼試樣分別進(jìn)行560℃、580℃和600℃回火處理后的硬度值呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，580℃回火對應(yīng)的試樣硬度值較高。

［1］楊慶祥，吳浩泉，郭景海. 稀土對60CrMnMo 熱軋輥鋼夾雜物形態(tài)的影響［J］. 中國稀土學(xué)報，1992，10(2):151 －154.

［2］楊慶祥，吳浩泉，郭景海，等. 稀土對60CrMnMo熱軋輥鋼高溫低周疲勞性能的影響［J］. 中國稀土學(xué)報，1994，12(1):42 －45.

［3］楊慶祥，吳浩泉，丁柏群，等. 稀土元素對熱軋輥用鋼60CrMnMo 熱疲勞性能的影響［J］. 鋼鐵，1994，29(5):50 －54.

［4］楊慶祥，王愛榮，任學(xué)軍，等. 稀土元素對60CrMnMo 熱軋輥用鋼抗氧化性能的影響［J］.中國稀土學(xué)報，1996，14(1):38 －42.

［5］楊慶祥，廖波，姚枚. 稀土對60CrMnMo 熱軋輥鋼塑性的影響及低周疲勞壽命的估算［J］. 中國稀土學(xué)報，1997，15(4):340 －343.

［6］張英云，閻建安，陳進(jìn)磊，等. 60CrMnMo 型鋼軋輥的生產(chǎn)試制［J］. 大型鑄鍛件，2010，20(3):34 －45.