一種支承輥用鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變研究

劉小川

摘要：針對(duì)一種新型支承輥用鋼，采用膨脹法在L78 RITA型淬火相變儀上測(cè)定了其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的膨脹曲線，結(jié)合顯微組織和硬度，獲得了每個(gè)冷速下對(duì)應(yīng)的相變點(diǎn)溫度。結(jié)果表明，在1-5℃/min的冷速范圍內(nèi)，為高溫轉(zhuǎn)變的鐵素體和珠光體以及中溫轉(zhuǎn)變貝氏體組織；冷速繼續(xù)增加至8℃/min，組織中出現(xiàn)馬氏體；當(dāng)冷速大于40℃/min時(shí)，組織中完全為馬氏體。隨著冷卻速度的增大，硬度值也逐漸增大，這為制定合理的熱處理工藝提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：支承輥用鋼；連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線；顯微組織

近年來，隨著軋機(jī)向大型化、高速化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，對(duì)其支承輥的質(zhì)量要求也越來越高，大型支承輥市場(chǎng)需求量逐年增大。支承輥是軋機(jī)上承載工作輥碾壓鋼坯的重要部件，在軋制過程中，支承輥雖然不與軋制鋼坯直接接觸，但要承受巨大的軋制力作用。另外，由于工作輥的反復(fù)啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、制動(dòng)，也使支承輥承受周期性變化的應(yīng)力，還承受巨大的沖擊力，工作條件極其惡劣。為了保證軋機(jī)安全可靠地運(yùn)行，要求在合理設(shè)計(jì)支承輥化學(xué)成分和控制冶金質(zhì)量的同時(shí)，更加嚴(yán)格地控制熱加工后的熱處理工藝制度，建立起冷速一組織一性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確保支承輥質(zhì)量。

本文利用L78 RITA型淬火相變儀測(cè)定了一種新型支承輥用鋼在不同速度連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變曲線，得到過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT曲線，并結(jié)合金相法和硬度進(jìn)行分析和驗(yàn)證，通過CCT曲線可以確定臨界冷卻速度，為熱處理工藝的制定提供參考。

1過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的測(cè)定

1.1實(shí)驗(yàn)原理

本文主要采用膨脹法并結(jié)合金相硬度法來測(cè)得新型支承輥材料的CCT圖。膨脹法是利用膨脹儀，先將試樣加熱使其奧氏體化，然后分別設(shè)置不同冷卻速度，同時(shí)進(jìn)行膨脹量的測(cè)定，把測(cè)得的膨脹曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（即轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)和終止點(diǎn)）標(biāo)記在“溫度

時(shí)間”對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，并觀察冷卻后的金相組織。經(jīng)過對(duì)各條膨脹曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和對(duì)應(yīng)金相組織作分析后，將各物理意義相同的點(diǎn)連接起來，就得到了此種材料的CCT圖。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用材料取自實(shí)驗(yàn)室冶煉支承輥試驗(yàn)鍛件。用膨脹法在DIL-801型熱膨脹儀上測(cè)定該鋼的臨界點(diǎn)Ac1和Ac3，做兩次實(shí)驗(yàn)以求得平均值；以此為基礎(chǔ)，在L78-RITA型淬火相變儀上測(cè)定該鋼種的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。奧氏體化溫度保溫一定時(shí)間，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(xué)顯微鏡觀察轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的顯微組織，并利用Tukon 2100B型維氏硬度計(jì)測(cè)定組織硬度（HV3）。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1臨界點(diǎn)

升溫速率為2.5℃/min，測(cè)得實(shí)驗(yàn)用鋼加熱時(shí)的臨界點(diǎn)為：Ac1=799℃，Ac3=854℃。

2.2顯微組織

通過實(shí)驗(yàn)用鋼不同冷速冷卻后的金相組織可以看出，隨著冷卻速度的增加，實(shí)驗(yàn)用鋼的組織依次表現(xiàn)為珠光體、貝氏體和馬氏體。當(dāng)冷速小于1℃/min時(shí)，組織為珠光體+鐵素體，當(dāng)冷速大于1℃/min，開始出現(xiàn)貝氏體；冷速繼續(xù)增加至5℃/min，大部分組織為貝氏體，高溫轉(zhuǎn)變趨近消除；冷速大于8℃/min時(shí)，組織中出現(xiàn)馬氏體，其比例隨著冷速的增大而增多；當(dāng)冷速大于20℃/min時(shí)，組織中馬氏體所占比例超過貝氏體；當(dāng)冷速大于40～C/min時(shí)，組織中全部為馬氏體。按最大冷卻速度得到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)為：Ms=310℃。

2.3C.C.T.圖的繪制

根據(jù)不同冷速的膨脹曲線結(jié)合金相組織，確定冷卻過程中的相變溫度。如圖1所示。冷卻曲線下端標(biāo)注對(duì)應(yīng)的冷速和按此速度冷卻后組織（即最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）的維氏硬度值（HV3）。

2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合金相組織圖片和硬度數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)冷速在1-5℃/min時(shí)，同時(shí)發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變和中溫轉(zhuǎn)變，組織中存在珠光體+鐵素體+貝氏體，并且隨著冷速的增加，貝氏體所占比例逐漸增加，硬度值也表現(xiàn)出這一點(diǎn)；當(dāng)冷速達(dá)到5-8℃/min時(shí)，組織中主要為貝氏體，且隨冷卻速度增加，貝氏體中的鐵素體板條片變窄，碳化物也變細(xì)，位錯(cuò)密度隨冷卻速度的增加而增大，這與硬度增大結(jié)果相一致。從冷速為8℃/min起有馬氏體出現(xiàn)，貝氏體逐漸減少，硬度上表現(xiàn)為從冷速為8℃/min起迅速增大，直至冷速達(dá)到40℃/min；當(dāng)冷速大于40℃/min時(shí)，得到組織全部為馬氏體，硬度也不再增大。所以硬度的總體變化趨勢(shì)是隨冷卻速度的增大而逐漸升高的”。

實(shí)際生產(chǎn)中作為軋機(jī)支承輥用鋼，其使用特點(diǎn)決定其應(yīng)具有高的強(qiáng)度，穩(wěn)定的剛性，較深的淬硬層，滿足耐磨使用性。其理想的金相組織為回火馬氏體+顆粒狀碳化物，此種組織具有較高的耐磨性和抗疲勞性能等。

3結(jié)論

3.1測(cè)得臨界點(diǎn)Ac1=799℃，Ac3=854℃，Ms=310℃，并繪制該種材料C.C.T.圖。為此種材料的熱處理工藝的制定及數(shù)值模擬提供了依據(jù)。

3.2測(cè)得此種材料獲得完全馬氏體的臨界冷卻速度為40℃/s左右，具有良好淬透性。