高碳钢热轧后冷却过程中的组织变化研究

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高碳钢热轧后冷却过程中的组织变化研究

孙艳坤，吴迪

(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳 110004)

摘要：针对目前高碳钢生产中终轧温度过高而出现二次碳化物严重析出问题，对高碳铬轴承钢GCrl5进行了高温终轧后不同冷却速度的模拟实验。利用热力模拟实验机MMS一300在980℃变形40％条件下进行CCT曲线绘制，并与实验试样的显微组织分析相结合得出：高温终轧后随着冷却速度增大，二次碳化物开始析出温度降低，在晶界处的网状析出趋势减弱，抑制二次碳化物析出的临界冷却速度大于8℃/s；而且适当增加冷却速度可达到细化珠光体晶粒的作用。

关键词：高碳钢；二次碳化物；冷却速度

中图分类号：TG142．31；TG142．11 文献标识码：A 文章编号：1003—9996(2008)06—0028—03

1 前言

掌握高碳钢热加工过程中的组织变化是研究高碳钢采用控轧控冷工艺、实现晶粒细化的基础，所以国内外对该问题进行了大量的研究，且研究重点放在了高碳钢的低温轧制工艺^[1]。但是，随着连铸连轧技术的应用^[2,3]，因轧制速度提高而使得轧件的轧制温度提高，尤其是大断面棒材轧后甚至出现了升温现象。在高碳钢高温变形后的冷却过程中，首先会发生二次碳化物析出，对其性能有所影响。但前人在研究中仅将二次碳化物析出曲线的形状做了大致标注，对于抑制二次碳化物析出的临界冷却速度也仅通过对等温转变曲线的估算得到^[4]，而未对其进行详细研究，因此有必要对二次碳化物的析出进行准确分析。本文研究了在高温终轧后的冷却过程中，冷却速度对高碳钢组织变化特别是二次碳化物析出的影响，这对于提高高碳钢性能有重要意义。

2 实验材料与方法

利用东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室自主研发的MMS一300热力模拟实验机进行热模拟实验，实验材料取自现场热轧高碳铬轴承钢GCrl5棒材，加工成中8mm×15mm圆棒，其化学成分如表1所示。

因为当钢发生固态相变的同时，体积会发生不连续的变化，引起热膨胀的不连续变化。所以可以通过分析热膨胀现象来测定钢的各种相变温度。实验中结合现场实际制定热模拟工艺方案，如图1所示。利用热力模拟实验机通过热膨胀仪准确地测定热变形后冷却过程中金属的膨胀曲线，根据热膨胀法测定GCrl5钢高温终轧后的动态CCT曲线，并对经热模拟实验后的试样进行金相组织观察。

3 实验结果与讨论

3．1 动态CCT曲线分析

图2是经数据处理后得到的Gcrl5钢在980℃变形40％条件下的动态CCT曲线。

从图2可看到，GCrl5钢在980℃变形后冷却速度为0．5℃／s条件下，冷却至917℃时首先发生二次碳化物析出；随着冷却速度的增加，二次碳化物析出温度降低，冷却速度为8℃／s时二次碳化物开始析出温度降至857℃。抑制二次碳化物析出的临界冷却速度应大于8℃／s，冷却速度在0．5～8℃／s时，二次碳化物析出转变一直进行，直到温度降至共析转变温度时珠光体转变开始。从图2也可看到，随着冷却速度的增加，珠光体转变温度明显下降。

3．2显微组织分析

为了进一步分析冷却速度对组织变化特别是二次碳化物析出的影响，根据GCrl5钢在980℃变形后的CCT曲线与不同冷却速度下的显微组织相结合进行分析，如图3所示。从图3可看到，冷却速度在0．5～4℃／s时，组织为珠光体二次碳化物；冷却速度在5℃／s时，组织为珠光体二次碳化物少量残余奥氏体马氏体；冷却速度进一步增加时，组织以马氏体为主，只有少量沿晶界分布的屈氏体和二次碳化物。从图3a～c可看到，冷却速度在0．5～2℃／s时，二次碳化物大量析出并沿晶界处呈紧密网状结构；随着冷却速度的增加，如图3d～f所示，二次碳化物析出量减少，网状趋势减弱，二次碳化物呈半网状和条状分布；冷却速度继续增加，如图3g～h所示，仅隐约可见少量且呈断续点、条状分布的二次碳化物。可见，在较小冷却速度范围内，二次碳化物大量沿晶界处呈网状析出，随着冷却速度从3℃／s继续增大，网状碳化物析出呈现减弱趋势，抑制二次碳化物析出的临界冷却速度应大于8℃／s。从图3还可看到，随着冷却速度的增加，珠光体球团直径逐渐减小，从粗大的片状珠光体转变为团絮状细珠光体，可见增大冷却速度有细化珠光体晶粒的作用。

4 结论

(1)高碳铬轴承钢Gcrl5高温变形后随着冷却速度的增加，二次碳化物开始析出温度降低，珠光体转变温度明显下降。

(2)高温终轧后在较小冷却速度范围内，GCrl5钢中二次碳化物大量沿晶界处呈网状析出，随着冷却速度从3℃／s继续增大，网状碳化物析出呈现减弱趋势，抑制二次碳化物析出的临界冷却速度应大于8℃／s。

(3)对于高碳钢，在高温终轧后适当增大轧后冷却速度有细化珠光体晶粒的作用。

参考文献

[1] Han Hueng Nam，Lee Hae Kon，Kim Hong Joon.A Model for Deformation，Temperature and Phase Transformation Behavior of Steels on Run-out Table in Hot Strip Mill[J].Journal of Materials Processing Techology,2002,128(1-3)；216-225.

[2]虞明全.连铸技术在五钢轴承钢上的应用与开发[J].上海钢研，205，(3)：3-11.

[3]孙慎宏.GCr15轧后控冷碳化物网状问题分析[J].特钢技术，2004，(3)：16-18.

[4]钟顺思，王昌生.轴承钢[M].北京：冶金工业出版社，2000.113-118.

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