不同奧氏體化溫度對于支承輥用鋼連續(xù)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(xù)冷卻轉變（C.C.T.）圖，著重研究了連續(xù)冷卻條件下不同奧氏體化溫度對過冷奧氏體轉變規(guī)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(qū)域，高溫轉變區(qū)即鐵素體和珠光體區(qū)以及中溫轉變區(qū)即貝氏體區(qū)。隨著奧氏體化溫度的增高，過冷奧氏體穩(wěn)定性增強，各轉變區(qū)轉變溫度下降

關鍵詞：支承輥用鋼；奧氏體化溫度；連續(xù)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(xù)冷卻轉變（C.C.T.）圖、選擇適當?shù)臒崽幚砉に噮?shù)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(xiàn)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(fā)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(guī)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(shù)以及數(shù)值模擬提供了理論根據(jù)。

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(xù)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(xiàn)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(xiàn)貝氏體；冷速繼續(xù)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(xiàn)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(jù)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(shù)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(qū)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(wěn)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(wěn)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(wěn)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(xiàn)象是一致的。總體表現(xiàn)來看，這些合金元素增大了過冷奧氏體的穩(wěn)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(wěn)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(xù)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(xù)冷卻轉變曲線的測試與研究[J].一重技術，2001，2-3：106-108.