支承輥鍛造結(jié)束后退火過程中組織轉(zhuǎn)變

文/南玉靜，白興紅·天津重型裝備工程研究有限公司

支承輥?zhàn)鳛檐垯C(jī)設(shè)備的重要部件，主要作用是支撐工作輥以減小工作輥的彎曲變形，從而提高板厚精度和板形質(zhì)量，是軋輥產(chǎn)品中尺寸大、重量大、制造難度極大的品種，技術(shù)含量很高，其性能和使用狀態(tài)直接影響軋機(jī)穩(wěn)定、產(chǎn)線順利、生產(chǎn)消耗以及產(chǎn)品質(zhì)量。近年來，隨著“三高”板帶產(chǎn)品需求的不斷增長，半高速鋼、高速鋼材質(zhì)冷、熱軋機(jī)工作輥及中間輥的不斷推廣應(yīng)用，對(duì)支承輥的使用性能提出了更高的要求。

鍛鋼支承輥以其良好的強(qiáng)韌性、表面硬度均勻性和抗疲勞性能成為軋輥研究領(lǐng)域里的重點(diǎn)對(duì)象，但是關(guān)于其鍛造結(jié)束后至鍛后熱處理開始前這個(gè)區(qū)間的研究很少，該時(shí)間工件處于待料保溫退火階段，本文將針對(duì)這一特定區(qū)間內(nèi)的組織轉(zhuǎn)變進(jìn)行詳細(xì)分析，為將來的生產(chǎn)研究提供理論依據(jù)。

試驗(yàn)過程與測(cè)試方法

鍛造態(tài)還原試驗(yàn)

為模擬支承輥實(shí)際鍛造中最后一火無鍛比情況下的組織，制定了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室熱處理工藝曲線將試樣還原為鍛造完成后的狀態(tài)，如圖1 所示。

退火試驗(yàn)

支承輥鍛造完成后進(jìn)入待料保溫退火階段，為了研究該過程中的組織轉(zhuǎn)變，在鍛造態(tài)還原試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行退火試驗(yàn)，分別選取650℃、700℃、750℃三個(gè)退火溫度，3h、8h、15h 和20h 四個(gè)退火保溫時(shí)間，如圖2 所示。

測(cè)試方法

分別采用金相組織觀察、晶粒度測(cè)量、掃描電鏡觀察以及硬度檢測(cè)等多種手段對(duì)熱處理模擬的結(jié)果進(jìn)行分析研究。

結(jié)果與分析

鍛造態(tài)還原試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1 鍛造態(tài)還原試驗(yàn)熱處理工藝曲線

鍛造態(tài)還原后的金相與掃描照片如圖3 所示，可以發(fā)現(xiàn)，鍛造還原后晶粒非常粗大，平均直徑約400 ～600μm，晶粒度0 ～00 級(jí)；1200℃保溫3h與1200℃保溫0.5h 相比，晶粒尺寸整體偏大，小晶粒數(shù)量明顯減少；晶界上的“黑團(tuán)”為片狀珠光體團(tuán)，晶界內(nèi)為馬氏體組織；大量的條帶狀碳化物沿晶界分布。在1200℃時(shí)，保溫時(shí)間越長晶粒越粗大，保溫0.5h 晶粒度級(jí)別已經(jīng)達(dá)到0 ～00 級(jí)；從1200℃降溫至550℃的過程中，有大量的條帶狀碳化物沿晶界析出，并伴隨少量珠光體轉(zhuǎn)變；550℃后空冷過程中，剩余的奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

圖2 鍛造還原+退火工藝曲線

圖3 鍛造態(tài)還原后的金相與掃描照片

退火試驗(yàn)結(jié)果分析

⑴650℃、750℃退火過程中組織轉(zhuǎn)變。

650℃退火過程中組織轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D4 所示。從圖中可以看出，在650℃保溫3h，沿晶界有少量珠光體轉(zhuǎn)變；隨著退火保溫時(shí)間的延長，珠光體的量隨之增多；650℃保溫20h，珠光體轉(zhuǎn)變基本完成，但還有少量的馬氏體組織。750℃退火與650℃退火組織轉(zhuǎn)變的情形類似。

⑵700℃退火過程中組織轉(zhuǎn)變。

圖4 650℃退火保溫不同時(shí)間的金相組織

700℃退火保溫不同時(shí)間的金相組織如圖5所示。從圖中可以看出，700℃保溫3 小時(shí)，片狀珠光體已經(jīng)基本轉(zhuǎn)變完成；隨著退火保溫時(shí)間的延長，片狀珠光體逐漸向粒狀珠光體轉(zhuǎn)變，700℃保溫20 小時(shí)，珠光體形貌呈顆粒狀。

秦朝王翦用的寶劍名為昆吾劍，這劍也是大有淵源，周穆王伐昆戎，昆戎獻(xiàn)昆吾之劍。這倒是其次了，王翦幫助一掃六合，統(tǒng)一華夏，這把寶劍都跟隨王翦，可以說是厲害之極了。

圖5 700℃退火保溫不同時(shí)間的金相照片

圖6 700℃退火保溫不同時(shí)間的掃描照片

700℃退火保溫不同時(shí)間的掃描照片如圖6所示。從圖6(a)中可以看出，鍛造態(tài)還原試驗(yàn)冷卻過程中優(yōu)先析出的珠光體沿晶界分布，與700℃退火保溫過程中形成的珠光體位向不同，二者有明顯的邊界，均呈層片狀；從圖6(b)中可以看出，晶界處先析出的珠光體片層逐漸破斷、球化，向顆粒狀轉(zhuǎn)變，晶界處的條帶狀碳化物也逐漸球化，但晶內(nèi)的珠光體依然呈層片狀；隨著保溫時(shí)間繼續(xù)延長，全部轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w。經(jīng)查閱，片狀珠光體在低溫退火過程中球化是自發(fā)的，這是由于滲碳體片存在內(nèi)部缺陷，而亞晶界的存在將在Fe3C 內(nèi)產(chǎn)生界面張力，從而使片狀Fe3C在亞晶界處出現(xiàn)溝槽，導(dǎo)致片狀滲碳體逐漸破斷球化。

圖7 為700℃退火保溫不同時(shí)間與硬度的關(guān)系曲線?？梢钥闯觯S著退火保溫時(shí)間的延長，珠光體片層破斷、球化，從而導(dǎo)致硬度逐漸降低。

圖7 700℃退火保溫不同時(shí)間與硬度的關(guān)系曲線

結(jié)論

⑴鍛造態(tài)還原后，晶粒非常粗大，晶界內(nèi)為馬氏體組織，晶界上有少量片狀珠光體析出，大量的條帶狀碳化物沿晶界分布。

⑵珠光體的轉(zhuǎn)變量與退火溫度、退火保溫時(shí)間均有關(guān)系；片狀珠光體沿晶界開始析出，隨著保溫時(shí)間的延長，珠光體的量隨之增多；700℃為最佳退火溫度，保溫3h 珠光體基本轉(zhuǎn)變完全。

⑶隨著700℃退火保溫時(shí)間的延長，珠光體片層逐漸破斷、球化，向顆粒狀轉(zhuǎn)變。這是由于滲碳體片存在內(nèi)部缺陷，而亞晶界的存在將在Fe3C 內(nèi)產(chǎn)生界面張力，從而使片狀Fe3C 在亞晶界處出現(xiàn)溝槽，導(dǎo)致片狀滲碳體破斷球化。