燕際軍，張 群，白曉明

(本鋼板材股份有限公司 研發(fā)院，遼寧 本溪 117000)

隨著我國采礦業(yè)的迅速發(fā)展，用于粉碎礦石用的球磨機(jī)鋼球用鋼需求量也在逐年增加，對(duì)質(zhì)量水平的要求也逐年提高。球磨鋼具有金相組織致密、晶粒細(xì)、不易變形、耐磨性能好、沖擊韌性高、破碎率小等特點(diǎn)。材料的需求量日益增長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，鋼材組織形態(tài)是影響鋼材性能的重要因素[1-3]，越來越受到重視。熱處理工藝是影響鋼材組織形態(tài)的重要因素，不同的冷卻速度得到不同的鋼材組織形態(tài)，對(duì)鋼材軋制過程起到指導(dǎo)意義?？刂栖堉?、控制冷卻技術(shù)在鋼材軋制生產(chǎn)過程中得到了更加廣泛的應(yīng)用[4]。

本鋼轉(zhuǎn)爐大方坯連鑄生產(chǎn)球磨鋼，經(jīng)過加熱爐加熱到1 200 ℃±20 ℃后，進(jìn)入初軋機(jī)后，進(jìn)入大棒連軋機(jī)組，軋制過程中幾個(gè)控溫點(diǎn)可以控制鋼材冷卻速度，從而控制鋼材最終組織形態(tài)。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用60Mn2Cr球磨機(jī)鋼球用鋼為轉(zhuǎn)爐大方坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)。具體生產(chǎn)工藝為：高爐鐵水→鐵水預(yù)處理→180 t轉(zhuǎn)爐冶煉→180 t精煉爐LF→180 t真空脫氣爐RH→大方坯350 mm× 470 mm連鑄坯→步進(jìn)式加熱爐加熱→高壓水除鱗→粗軋機(jī)組軋制→連軋機(jī)組軋制→緩冷→精整→探傷→檢驗(yàn)→入庫?；瘜W(xué)成分控制如表1所示。

隨機(jī)取1爐60Mn2Cr球磨鋼試樣，經(jīng)線切割加工試樣，成品試樣如圖1所示，其化學(xué)成分組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.61C，0.28Si，1.03Mn，0.009P，0.008S，0.26Cr，0.008Cu，0.03Alt。

表1 化學(xué)成分控制

試樣在Gleeble-2000熱模擬機(jī)上室溫真空環(huán)境中，以5 ℃·S-1的加熱速度升溫到1 200 ℃，保溫5 min后，不進(jìn)行變形處理，以0.5 ℃·S-1、1 ℃·S-1、2 ℃·S-1、5 ℃·S-1、10 ℃·S-1、20 ℃·S-1、30 ℃·S-1、40 ℃·S-1等 8個(gè)不同的冷卻速度冷卻。熱處理工藝見圖2所示。

圖1 加工成品試樣

圖2 熱處理工藝

2 試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)得降溫膨脹曲線，用切線法[5]，來確定其臨界點(diǎn)Ar1、Ar3。為使結(jié)果精確，更換試樣，重復(fù)以上步驟，最后求得Ar1=585 ℃，Ar3=676 ℃。 測(cè)定其相應(yīng)的溫度-膨脹量曲線及Ms 點(diǎn)，結(jié)果為Ms=360 ℃。

圖3為降溫速度為1 ℃·S-1時(shí)的變形曲線，從圖中可以看到溫度降到600 ℃左右時(shí)，曲線變形量有個(gè)明顯的上升后再下降，變形量的變化說明在此時(shí)組織發(fā)生了變化。圖4為降溫速度為5 ℃·S-1時(shí)的變形曲線，從圖中可以看到溫度降到600 ℃左右時(shí)，曲線變形量有個(gè)緩慢地上升后再下降，組織也發(fā)生了變化，但變化量與圖3有所不同，充分證明不同的冷卻速度導(dǎo)致材料的變形不同。

圖3 降溫速度為1 ℃·S-1時(shí)的變形曲線

圖4 降溫速度為5 ℃·S-1 時(shí)的變形曲線

圖5 不同冷卻速度的組織圖譜

圖5 為不同冷卻速度下得到的金相組織照片。可發(fā)現(xiàn)，隨冷速增大，晶粒越變細(xì)小。這是因?yàn)槔渌僭酱螅^冷度越大，鐵素體開始轉(zhuǎn)變溫度Ar3 越低，形核驅(qū)動(dòng)力越大，臨界形核功和臨界核半徑減小，從而晶粒變細(xì)[6]。

從組織圖譜圖5可看出，60Mn2Cr鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻后獲得了各種不同的組織：P+F網(wǎng)狀(珠光體+鐵素體)、P+F網(wǎng)狀+M+B(珠光體+鐵素體+馬氏體+貝氏體)、M+P+B+T少量(馬氏體+珠光體+貝氏體+屈氏體)，以及M+B少量+T少量(馬氏體+貝氏體+屈氏體)、M+B微量(馬氏體+貝氏體)。隨著冷卻速度的加快，鋼材組織發(fā)生了明顯的變化，從最初的P+F網(wǎng)狀的平衡組織，逐漸過渡到珠光體P消失，冷卻速度達(dá)到5 ℃·S-1馬氏體M開始出現(xiàn)，達(dá)到10 ℃·S-1屈氏體T出現(xiàn)，最終屈氏體T也消失，形成非平衡態(tài)的M+B微量組織。表2為不同冷卻速度的組織形態(tài)。冷卻速度為0.5 ℃～2 ℃·S-1時(shí)，組織為珠光體和鐵素體網(wǎng)狀(P+F網(wǎng)狀)；當(dāng)冷卻速度為5 ℃·S-1時(shí)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體、鐵素體網(wǎng)狀、馬氏體和貝氏體(P+F網(wǎng)狀+M+B)；當(dāng)冷卻速度為10 ℃·S-1時(shí)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是馬氏體、珠光體、貝氏體和少量屈氏體(M+P+B+T少量)；當(dāng)冷卻速度為20～30 ℃·S-1時(shí)得到馬氏體、少量貝氏體和少量屈氏體(M+B少量+T少量)；當(dāng)冷卻速度為40 ℃·S-1時(shí)得到馬氏體和微量貝氏體，繼續(xù)提高冷卻速度將出現(xiàn)馬氏體(M)。

表2 不同冷卻速度的組織變化

終軋溫度會(huì)改變變形后材料的儲(chǔ)存能和晶界遷移率，從而影響N/G(再結(jié)晶形核速率N與再結(jié)晶晶粒成長(zhǎng)速度G之比)，降低終軋溫度會(huì)增加N/G，使得再結(jié)晶晶粒細(xì)化[6]。依據(jù)每個(gè)試樣冷卻速度及冷卻后的組織形態(tài)繪制成CCT曲線，如圖6。通過CCT曲線來指導(dǎo)鋼材軋制過程中所需要的鋼材內(nèi)部組織。

圖6 球磨鋼60Mn2Cr CCT曲線

3 結(jié)論

(1)鋼材降溫到600 ℃左右時(shí)，組織發(fā)生改變，膨脹曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。

(2)不同的冷卻速度，產(chǎn)生不同的熱膨脹曲線，變形量不同。

(3)不同的冷卻速度，導(dǎo)致不同的鋼材組織形態(tài)。

(4)隨著冷卻速度的提高，鋼材組織從相對(duì)平衡的P+F網(wǎng)狀(珠光體+鐵素體)逐漸過渡到非平衡的M+B微量(馬氏體+貝氏體)。