MC3A、MC3B钢预备热处理工艺研究

姚凤祥

(东北特殊钢集团技术中心北满分中心，黑龙江161041)

MC3A、MC3B钢预备热处理工艺研究

姚凤祥

(东北特殊钢集团技术中心北满分中心，黑龙江161041)

通过对含Cr3%的辊坯试样进行球化工艺试验与研究，确定出适宜的球化退火预备热处理工艺。

辊坯；球化退火；金相组织；硬度

由86CrMoV7钢制造的轧辊淬硬层较浅，对于∅600 mm左右的轧辊，淬硬层深度可达到15 mm。为了提高冷轧辊用钢的淬透性，提高轧辊的淬硬层深度，多采用增加钢中Cr含量的办法来实现，如含Cr3%、Cr5%，甚至有含Cr10%的冷轧辊用钢。由两种成分略有不同的MC3A、MC3B制成的冷轧工作辊坯，由电渣重熔钢锭经压机锻造成形，再经过重结晶、球化退火、去氢等锻后热处理，辊坯的球化组织在2～4级之间。为使辊坯获得良好的球化组织，为下道工序做必要的准备，现对MC3A、MC3B两种钢的球化退火工艺的制定做基本分析。

1 材料及试验方法

试验用料取自经电渣重熔、锻造、退火的辊坯，化学成分如表1。试样热处理在电阻炉中进行，金相组织观察用Nopot2型金相显微镜。在辊坯上切取试料，确定钢的临界点，如表2所示。奥氏体化温度920℃，晶粒度8级。

表1 试验用钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of experimental steel (mass fraction, %)

2 试验结果及分析

2.1 试样组织

由于试料取自经过锻后退火处理的辊坯，原始组织已是球化状态，所以需首先将试料处理得到典型的片层状珠光体组织，然后再进行球化退火试验，预备处理所采用的工艺如图1，处理后得到的片层状珠光体组织如图2。

880℃加热1 h，炉冷，约4 h冷却到400℃出炉空冷，结果没得到片状珠光体组织，碳化物仍呈球状，碳化物颗粒大小不均匀，大量未溶碳化物颗粒较大，而降温中形成的则为细小的颗粒。

930℃ 加热1 h，迅速降至680℃等温5 h得到索氏体组织。

2.2 球化退火处理

2.2.1 碳化物溶断情况的研究

将经过预备处理得到片层状珠光体组织的试样分别于740℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃加热1 h、水淬，观察其碳化物熔断情况，其组织照片如图3。MC3A钢740℃加热碳化物熔断很少；780℃加热已有大部分碳化物熔断，但还有很多区域保持着片层状的形态；800℃加热时碳化物熔断较好；加热温度更高一些，如840℃，碳化物熔断更好。MC3B钢780℃加热仍有少量片状碳化物，而800℃加热时则熔断较好；加热温度升高到820℃或840℃，水淬后出现贝氏体组织，说明碳化物溶解量较大。

表2 钢的临界点(℃)Table 2 The critical points of steel (℃)

图1 试样预备热处理工艺Figure 1 The preparing heat treatment process of samples

(a)MC3A(b)MC3B

图2 试样组织(500×)Figure 2 The microstructure of samples (500×)

图3 MC3A、MC3B钢加热时碳化物熔断(500×)
Figure 3 The carbide fusing of MC3A and MC3B steel during heating (500×)

2.2.2 球化组织与工艺的关系

(a)MC3A钢

(b)MC3B钢

分别采用740℃、760℃、780℃、820℃、840℃加热1 h，试样在每一温度加热后分别采用720 ℃、700℃、680℃、660℃4个温度等温，等温时间采用5 h和15 h两种。试样的组织状态与退火工艺间的关系如图4所示。

MC3A、MC3B钢在800～840℃之间加热，在660～740℃的温度范围内等温15 h都可获得良好的球化组织，球化组织照片如图5所示。加热温度升高到880℃时仍能得到球化组织。加热温度930℃时，在680℃或630℃等温5 h，可得到索氏体和屈氏体组织，组织已呈片层状，但片层极细，光学显微镜下很难区分。加热温度达980℃，在700℃等温可得典型片状珠光体组织。加热温度较低时，如780℃以下，就会出现一定量的片状组织，这是因为加热温度低，碳化物熔断不充分所造成的。

在辊坯生产试制中，最初采用的球化工艺为780℃加热、710℃等温，结果发现有片状组织，如图6(a)。后将工艺调整为800℃加热、730℃等温，检验中再没有发现片状组织，如图6(b)。

获得粒状珠光体的途径有3个。一是在奥氏体与渗碳体两项区加热，或加热转变不充分，将这些过冷奥氏体缓冷而得到粒状珠光体；二是片状珠光体通过低温退火球化而获得；三是粒状珠光体也可以通过马氏体或贝氏体组织的高温回火来获得。

若使过冷奥氏体分解为粒状珠光体，需要特定的加热和冷却。首先，将钢进行特定的奥氏体化，即奥氏体温度降低，保温时间较短，加热转变没有充分完成，在奥氏体中存在许多未溶的剩余碳化物，或者奥氏体成分很不均匀，存在许多微小的富碳区。这些未溶的碳化物是过冷奥氏体分解的非自发形核，在富碳区易于形成碳化物，这就为珠光体形核创造了有利条件。其次，需要特定的冷却条件，即过冷奥氏体分解的温度要高。在A1稍下，较小的过冷度下等温，即等温转变温度高，等温温度时间要足够长，或者冷却速度缓慢。满足上述两个特定条件，就可以使珠光体不以片状形成，而以颗粒状碳化物与铁素体共析分解，最终获得粒状珠光体组织。

根据Fe-Cr-C三元相图，MC3A、MC3B钢中碳化物主要为合金渗碳体，即(Fe，Cr)3C型的碳化物，含有少量的(Fe，Cr)7C3型碳化物，这些碳化物在加热时都易于溶入基体中，但要使这些碳化物完全溶解则需要加热到很高的温度，980℃加热后还有一定量的未溶碳化物。

碳化物的析出则与加热时碳化物的溶解状况有关。在通常的加热温度下，MC3A、MC3B钢中的碳化物不能完全溶解，大量的未溶碳化物则成为其后碳化物析出的核心，所形成的碳化物为颗粒状，只有将试样加热到很高的温度，使碳化物大量溶解，剩余的未溶碳化物数量减少，在其后的冷却过程中才能形成典型的片层状珠光体组织。

2.2.3 试样硬度与球化处理工艺的关系

图7为MC3A、MC3B钢在不同的温度下加热后试样硬度随等温温度的变化，试样等温时间为15 h。可以看出，加热温度较高的试样，如800～840℃加热，在680℃等温比660℃等温硬度略有升高，自680℃之后随等温温度升高试样硬度下降；加热温度较低的试样，如740～780℃加热，自660℃开始随等温温度升高硬度下降。

如果要想获得较高的硬度，应选用较高的加热温度，较低的等温温度，如820～840℃加热，680℃等温。较低的加热温度，例如740℃或760℃加热的试样，虽可获得较高的硬度，但由于组织球化不彻底，常有片状组织出现，因而是不可取的。如果要想得到较低的硬度，则应采用较高的加热温度和较高的等温温度，即800～840℃加热，720～740℃等温。同时还可以看出，820℃加热的试样在660～740℃的温度范围内各个温度下等温，试样的硬度都比较低。

(a)MC3A780℃加热1h,700℃保温15h(b)MC3B780℃加热1h,700℃保温15h(c)MC3A800℃加热1h,660℃保温15h(d)MC3B800℃加热1h,660℃保温15h(e)MC3A820℃加热1h,700℃保温15h(f)MC3B820℃加热1h,700℃保温15h(g)MC3A840℃加热1h,680℃保温15h(h)MC3B840℃加热1h,680℃保温15h

图5 MC3A、MC3B钢球化退火组织(500×)Figure 5 The microstructure of MC3A and MC3B steel after spheroidizing annealing (500×)

图6 不同工艺处理后的辊坯球化组织的对比Figure 6 Comparison of spheroidized structure of roll blank after different heat treatment processes

1—740℃ 2—760℃ 3—780℃ 4—800℃ 5—820℃ 6—840℃

图7 MC3A、MC3B钢硬度与球化退火工艺的关系
Figure 7 The relation between hardness and spheroidizing annealing process of MC3A and MC3B steel

应在C曲线的珠光体转变鼻尖附近选择球化退火等温温度，在这个温度区间转变时间短转变比较充分，而且碳化物有足够时间长大。

3 结论

(1)MC3A、MC3B钢于800～840℃加热后于660～740℃等温可得到良好的球化组织。980℃加热后于700℃等温可得到片层状珠光体组织。

(2)加热温度较高(800～840℃)时，于680℃等温可获得较高的硬度，此后随等温温度升高硬度下降。加热温度较低(740～780℃)时随等温温度升高硬度下降，820℃ 加热的试样可获得较低硬度。

编辑 杜青泉

Study on Preparing Heat Treatment Process of MC3A and MC3B Steel

Yao Fengxiang

By testing and studying Cr3% roll blank samples with spheroidizing technology, the appropriate preparing heat treatment process of spheroidizing annealing has been determined.

roll blank; spheroidizing annealing; metallographic structure; hardness

2016—09—12

TG156.21

B