一种支承辊用钢CCT曲线的测定及显微组织研究

张海波

（天津重型装备工程研究有限公司，天津 300457）

本文利用L78 RITA型淬火相变仪测定了支承辊用钢不同速度连续冷却时的转变曲线，得到过冷奥氏体连续冷却转变CCT曲线，并结合金相法进行分析和验证，研究不同冷却速度对材料组织和性能的影响。

1 试验方法

试验临界点测量准备步骤如下：首先，取出试样用酒精擦拭掉表面的油污，用电吹风将其吹干，然后用游标卡尺测量试样的长度和直径；其次，将擦拭测量完毕的试样置入膨胀仪中，确保试样的端面与石英组件接触良好，安装伸长计时应保证与传输杆在同一轴线上；最后，将工作室抽成真空状态后，填充高纯氩气作为保护气体。

试验所用钢为退火态，用膨胀法在DIL-801型热膨胀仪上测定该钢的临界点Ac1和Ac3，以此为基础，在L78RITA型淬火相变仪上测定该钢种的过冷奥氏体连续冷却转变曲线[1]。奥氏体化温度为940℃，保温20 min，按不同冷却速度（1～60℃/min）冷却到室温，采集冷却全过程温度-膨胀曲线。利用Axiovert 200 MAT型金相显微镜观察转变产物的显微组织，并利用Tukon 2100B型维氏硬度计测定组织硬度（HV3）。

2 试验结果与分析

2.1 临界点

试验过程中，试样升温速率为2.5℃/min，由试验测得试验用钢加热时的临界点为：Ac1=782℃，Ac3=851℃。

2.2 过冷奥氏体转变产物的分析

随冷速的不同，存在三种相变区：高冷速的马氏体相变区；中冷速的贝氏体相变区；低冷速的珠光体相变区。当冷速为1～2℃/min时，组织为珠光体+贝氏体；当冷速达到5℃/min时，开始出现马氏体组织，此时组织结构为珠光体+贝氏体+马氏体；冷速继续增加至10℃/min，高温转变逐渐消除，高温珠光体消失，组织为贝氏体+马氏体；冷速继续增加至20℃/min时，中温转变组织贝氏体转变结束；当冷速大于20℃/min时，组织中贝氏体消失，组织结构全部为马氏体。

2.3 硬度测试结果

利用Tukon 2100B型维氏硬度计测定转变组织的硬度，测三点取平均值，如表1所示。

表1 不同冷却速度下的维氏硬度

2.4 C.C.T图的绘制

根据不同冷却速度的膨胀曲线结合金相组织，确定冷却过程中的相变温度[2]。将相变点用坐标的形式绘制到温度-时间半对数坐标上，用光滑曲线将各物理意义相同的点连接起来，同时在该坐标上标出临界点Ac1、Ac3和Ms点，绘出试验用钢的C.C.T图，如图1所示。冷却曲线下端标注对应的冷却速度和按此速度冷却后组织（即最终转变产物）的维氏硬度值（HV3）。

图1 一种钢CCT曲线

由图1可以看出，此试验所用钢的CCT曲线呈双C形状，即珠光体转变区与贝氏体转变区域是分开的。此种材料奥氏体化后，以1～2℃/min冷速冷却时，同时发生珠光体和贝氏体转变。由此看出，可以通过控制材料的冷却速度，得到不同的组织。随着冷速增加，硬度也逐渐增加，其中5℃/min这个冷速界限其硬度值增大最为突出，对应组织形态上出现了马氏体，这与金相组织出现马氏体是一致的。当冷速超过20℃/min时，发生马氏体转变，在马氏体转变区域中，随着冷却速度的增加，马氏体半条变细，位错密度增大，故硬度增加。所以，硬度的总体变化趋势是随冷速的增大而逐渐增高的。

3 结论

用膨胀法测得了试验用钢的临界点：Ac1=782℃，Ac3=851℃。测得此种材料获得完全马氏体的临界冷却速度为20℃/min；试验用钢在冷却速度为1～2℃/min时，得到珠光体+贝氏体；冷却速度在5℃/min时，开始出现少量马氏体；冷却速度超过10℃/min，珠光体转变结束，组织中存在贝氏体和马氏体；冷速超过20℃/min，贝氏体转变结束，全部得到马氏体。

随着冷却速度的增大，硬度呈升高趋势。在实际生产工艺确定时，人们应把不同冷却速度下得到的组织及其硬度结果结合起来，制定出合理的热处理工艺，以尽可能优化材料的综合性能。