不同奥氏体化温度对于支承辊用钢连续冷却转变曲线的影响

刘小川

摘要：采用膨胀法测定了一种新型支承辊用钢连续冷却转变（C.C.T.）图，着重研究了連续冷却条件下不同奥氏体化温度对过冷奥氏体转变规律的影响。试验结果表明：过冷奥氏体的转变明显的分成两个区域，高温转变区即铁素体和珠光体区以及中温转变区即贝氏体区。随着奥氏体化温度的增高，过冷奥氏体稳定性增强，各转变区转变温度下降

关键词：支承辊用钢；奥氏体化温度；连续冷却转变曲线

钢的性能主要取决于钢的组织与结构，而对于一定成分的某一种钢其组织决定于热处理工艺。因此，测定其连续冷却转变（C.C.T.）图、选择适当的热处理工艺参数对于一种产品的性能指标是至关重要的。实际生产中支承辊的工作条件以及对其性能的要求：（1）使用过程中，在交变应力作用下，硬化层底部产生的微裂纹扩展至辊身表面，形成剥落，同时支承辊与工作辊滚动接触，易产生加工硬化现象，这就要求支承辊要具有较高的抗接触疲劳能力。（2）在轧制过程中，工作辊工作时要求刚度高、变形小，而支承辊对工作辊起支承作用，因此支承辊应具有良好的刚度。（3）支承辊使用周期长，为防止辊颈裂断，要求辊颈具有良好的韧性、抗断裂性能和屈服强度。（4）交变弯曲应力使支承辊中部磨损严重，形成凹形辊型，辊身两端接触应力剧增，导致掉肩剥落，要求支承辊具有好的耐磨性。支撑辊的失效形式主要是辊面剥落、磨损和断辊，还可以有缠辊，粘辊多种形式。因此要求其辊颈的高韧性、高强度和抗断裂性能与辊身的高屈服强度、高耐磨性达到完美结合。

本文中针对我公司最新开发的支承辊用钢，研究了这种新型支承辊用钢过冷奥氏体转变的规律并且重点分析了不同奥氏体化温度对过冷奥氏体转变产物的影响，为制定热处理工艺参数以及数值模拟提供了理论根据。

1实验条件和方法

实验所用材料取自实验室冶炼支承辊试验锻件。用膨胀法[1]在DIL-801型热膨胀仪上测定该钢的临界点Ac1和Ac3，做两次实验以求得平均值；以此为基础，在L78-RITA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。奥氏体化温度保温一定时间，奥氏体化条件分别为：920℃×20min，940℃×20min，按不同冷却速度（1℃/min-120℃/min）冷却到室温，采集冷却全过程温度-膨胀曲线。利用LEICA DM4000M型正式光学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实验结果与讨论

2.1 临界点

升温速率为2.5℃/min，测得实验用钢加热时的临界点为：Ac1=799℃，Ac3=854℃。

2.2 显微组织

对比实验用钢几个临界冷速冷却后的金相组织，可以看出，随着冷却速度的增加，实验用钢的组织依次表现为珠光体、贝氏体和马氏体。当冷速小于1℃/min时，奥氏体化温度920℃组织为珠光体+铁素体，奥氏体化温度940oC组织中出现贝氏体；冷速继续增加至5℃/min，奥氏体化温度920℃钢中大部分组织为贝氏体，而940℃组织中已经出现马氏体；当冷速大于20℃/min时，920℃钢组织中仍有部分贝氏体，而940℃钢中已经完全为马氏体。

2.3 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，把测得的膨胀曲线上的转折点（即转变开始点和终止点）标记在“温度-时间”对数坐标图上，并观察冷却后的金相组织。经过对各条膨胀曲线上的转折点和对应金相组织作分析后，将各物理意义相同的点连接起来，就得到了此种材料的CCT图[2]。如图1图2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）。

2.4 实验结果分析

对比两组试样在冷却过程中的曲线，如表1所见，随着奥氏体化温度的升高，过冷奥氏体贝氏体区转变的相应温度（临界转变点）降低，。按最大冷却速度得到马氏体转变点，奥氏体化温度为920℃钢Ms=310℃，奥氏体化温度940℃钢Ms=308℃。

这种新型支撑辊用钢中含有合金元素Cr、Mo、V等，而这些是强烈增加淬透性的合金元素，它们在奥氏体中的溶解度决定了过冷奥氏体稳定性的大小。当奥氏体化温度较低时，奥氏体中溶人合金元素较少，奥氏体稳定性也较小，当奥氏体化温度较高时，合金元素较多地溶入奥氏体中，奥氏体稳定性增大，并且随着合金元素不断溶入奥氏体中，可显著减小奥体晶粒的尺寸，提高钢的淬透性[3]。这与我们实际测绘的曲线中奥氏体化温度升高，曲线右下移现象是一致的。总体表现来看，这些合金元素增大了过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，并降低了马氏体转变的临界冷却速度。

3 结论

3.1 对于这种新型支承辊用钢，随着奥氏体化温度的增高，过冷奥氏体逐渐稳定，整个曲线右下移。

3.2 贝氏体开始形成温度随冷却速度增大而逐渐降低，随奥氏体化温度升高而降低，马氏体转变临界冷却速度降低，提高了钢的淬透性。

参考文献：

[1] 花桂泰，杨胜蓉.YB/T5127-93钢的临界点测定方法（膨胀法）[M].北京：中国标准出版社，1997.

[2] 杨胜蓉. YB/T5129-93 钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）[M].北京：中国标准出版社，1997.

[3] 张明珠，韩学三，樊翔宇.YB-70 轧辊钢连续冷却转变曲线的测试与研究[J].一重技术，2001，2-3：106-108.