陳 剛， 孫瑜蔓， 蘇 斌， 曾 斌， 齊江華

（1.湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410012； 2.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司技術(shù)中心，湖南 婁底 417009）

雙金屬帶鋸條是指齒尖和背材選用兩種不同的金屬材料，利用焊接制成復(fù)合鋼帶，再將其中一側(cè)進(jìn)行齒形加工制成的鋸條產(chǎn)品[1］。 雙金屬帶鋸條具有切割效率高、尺寸精確、使用壽命長(zhǎng)等明顯優(yōu)勢(shì)，所以逐漸成為鋸切行業(yè)的主流工具[2］。

全球有多個(gè)國(guó)家在爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)雙金屬帶鋸條背部用鋼，目前市面上性能最好的雙金屬帶鋸條背部材料當(dāng)屬RM80 鋼。 RM80 鋼作為背部材料可以大大提高帶鋸條的使用壽命[3］。 目前國(guó)內(nèi)已有學(xué)者對(duì)RM80 鋼抗疲勞性能和焊接性能進(jìn)行了研究[4-5］，但關(guān)于熱處理?xiàng)l件對(duì)RM80 鋼組織和性能影響方面的研究較少。 本文以雙金屬帶鋸條背部材料用鋼RM80 為研究對(duì)象，在一定溫度范圍內(nèi)開(kāi)展淬火和回火實(shí)驗(yàn)，探究不同熱處理工藝下RM80 鋼微觀組織和力學(xué)性能的演變規(guī)律，為雙金屬帶鋸條熱處理工藝的制定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法及材料

實(shí)驗(yàn)用材料為RM80 鋼帶，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。首先采用箱式電阻爐將RM80 鋼分別加熱到1000 ℃、1100 ℃、1150 ℃、1200 ℃、1250 ℃、1300 ℃，保溫時(shí)間2 min，隨后采用油冷方式淬火；再分別回火至550 ℃、600 ℃、650 ℃，保溫時(shí)間1 h，空冷至室溫。

表1 RM80 鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

利用線切割將熱處理試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（DNS100）進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。 使用數(shù)顯洛氏硬度計(jì)（200HRS-150）測(cè)定不同淬火和回火溫度下熱處理試樣的硬度值（HRA）。 采用4%硝酸酒精對(duì)熱處理試樣進(jìn)行腐蝕，利用掃描電子顯微鏡（SEM，F(xiàn)EI QUANTA 200）觀察分析其組織形貌，并使用能譜儀（EDS）分析不同熱處理?xiàng)l件下碳化物的合金元素含量。 利用X 射線衍射儀（Miniflex 600）分析淬火試樣物相。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 淬火溫度對(duì)組織和性能的影響

圖1為不同溫度淬火后RM80 鋼的XRD 圖譜。由圖1 可知，不同溫度淬火后RM80 鋼組成相中只有α-Fe 衍射峰，沒(méi)有觀察到γ-Fe 的衍射峰，可能是淬火后組織中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)小于XRD 的最低檢測(cè)值[6］。

圖1 不同溫度淬火后RM80 鋼XRD 圖譜

圖2 為不同淬火溫度下RM80 鋼的顯微組織。 由圖2 可見(jiàn)，RM80 組織為板條馬氏體，隨著淬火溫度升高，碳化物溶解量逐漸增加，原奧氏體晶粒不斷長(zhǎng)大。其中，淬火溫度1000 ～1150 ℃時(shí)，大量碳化物并未完全溶解，組織不均勻；淬火溫度升高至1200 ℃以上時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的碳化物顆粒，原奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，晶粒尺寸由16 μm 增至50 μm，同時(shí)組織中未出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象。 板條馬氏體組織是淬火后在原奧氏體晶粒內(nèi)形成的，所以隨著原奧氏體晶粒長(zhǎng)大，板條束也發(fā)生明顯粗化。

圖2 不同淬火溫度下RM80 鋼顯微組織

不同淬火溫度下組織的差異會(huì)造成材料力學(xué)性能的不同。 圖3 為不同淬火溫度下RM80 鋼的硬度值。1000 ～1200 ℃范圍內(nèi)，隨著淬火溫度升高，硬度從73.0HRA 增至80.0HRA；之后繼續(xù)提高淬火溫度，硬度上升速度下降。 合金硬度主要受合金元素溶解引起的固溶強(qiáng)化和晶粒長(zhǎng)大兩個(gè)因素的影響，隨著淬火溫度升高，合金元素在奧氏體中的溶解量不斷增加，因而固溶強(qiáng)化作用在加強(qiáng)；之后隨著淬火溫度進(jìn)一步升高，奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，抵消了部分固溶強(qiáng)化效果，導(dǎo)致硬度上升速度減慢。

圖3 不同淬火溫度下RM80 鋼硬度值

2.2 回火溫度對(duì)組織和性能的影響

圖4 為不同溫度淬火、回火后RM80 鋼的顯微組織。 從圖4 可以看出，淬火溫度低于1150 ℃時(shí)，回火組織中存在淬火后未充分溶解的碳化物以及回火過(guò)程中析出的細(xì)小碳化物，并且隨著回火溫度升高，碳化物顆粒不斷聚集和球化，組織由回火屈氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w；回火溫度達(dá)到650 ℃時(shí)，由于回火溫度較高，部分碳化物出現(xiàn)回溶，碳化物數(shù)量減少，剩余的碳化物已經(jīng)基本完成粗化并且分布更加彌散。 圖5 為不同熱處理?xiàng)l件下RM80 鋼的EDS 圖譜。 結(jié)合圖5 可知，未溶解碳化物和析出碳化物的合金元素主要為Cr 和Mo。 在1200 ℃及以上溫度下淬火后在550 ～600 ℃回火時(shí)，合金組織中仍能看到馬氏體，這是因?yàn)檩^高的淬火溫度使馬氏體板條明顯粗化，并且RM80 鋼中存在的Mo、Cr、V 等碳化物形成元素能減緩和推遲馬氏體的分解過(guò)程，使馬氏體形態(tài)保持到更高的回火溫度[7］；當(dāng)回火溫度繼續(xù)升高到650 ℃時(shí)，板條狀馬氏體逐漸消失，鐵素體發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，形成等軸晶。

圖4 不同溫度淬火和回火后RM80 鋼顯微組織

圖5 不同熱處理?xiàng)l件下RM80 鋼EDS 能譜

2.3 回火溫度對(duì)RM80 鋼力學(xué)性能的影響

圖6 為不同熱處理?xiàng)l件下RM80 鋼的力學(xué)性能。由圖6 可知，RM80 鋼的硬度值總體上隨回火溫度升高而逐漸降低，在550 ～600 ℃回火時(shí)硬度值下降速度比600 ～650 ℃時(shí)更快，這是因?yàn)镽M80 鋼中存在Cr、Mo 等碳化物形成元素，它們與碳的親和力大，可以減緩碳的擴(kuò)散，故高溫回火過(guò)程中組織分解和轉(zhuǎn)變速度減慢，組織穩(wěn)定性提高。 1000 ℃和1150 ℃淬火、550 ℃回火后RM80 鋼的抗拉強(qiáng)度可超過(guò)1500 MPa，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度整體上隨著回火溫度升高呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。 這是由于隨著回火溫度上升，馬氏體中過(guò)飽和的碳和合金元素以碳化物形式析出，α 固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，回復(fù)和再結(jié)晶導(dǎo)致位錯(cuò)密度不斷降低，固溶強(qiáng)化作用也逐漸消失，析出的碳化物對(duì)RM80 鋼起著第二相強(qiáng)化作用[8-9］；但第二相強(qiáng)化的作用不足以彌補(bǔ)固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化作用的減弱，最終致使RM80 鋼強(qiáng)度不斷降低。 延伸率總體上呈現(xiàn)先隨著回火溫度升高而下降、再平穩(wěn)回升的趨勢(shì)，其中1000 ℃淬火＋550 ℃回火和1150 ℃淬火＋550 ℃回火后RM80 鋼塑性較好，延伸率分別達(dá)11.8%和12.0%。

圖6 不同熱處理?xiàng)l件下RM80 鋼力學(xué)性能

綜上所述，雙金屬帶鋸條背部材料用鋼RM80 在“高淬三回”的熱處理工藝下，適宜的熱處理工藝可取1150 ℃淬火后550 ℃回火3 次，保溫時(shí)間1 h，該工藝下屈服強(qiáng)度1244 MPa、抗拉強(qiáng)度1590 MPa、延伸率12.0%。

3 結(jié)論

1） 隨淬火溫度升高，RM80 鋼中碳化物逐漸溶解，奧氏體晶粒不斷長(zhǎng)大，即使淬火溫度達(dá)到1300 ℃也未出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象；RM80 鋼硬度隨淬火溫度升高呈現(xiàn)先快速上升隨后平穩(wěn)變化的趨勢(shì)。

2） 1000～1150 ℃淬火后的回火組織中仍然存在未溶解碳化物，并且隨著回火溫度升高，碳化物顆粒逐漸聚集球化，組織由回火屈氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w；1200 ℃以上淬火后不同條件下回火，RM80 鋼回火組織中仍能看到馬氏體形態(tài)。

3） 隨著回火溫度升高，RM80 鋼硬度、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，延伸率先下降再平穩(wěn)回升。 淬火溫度1150 ℃、回火溫度550 ℃時(shí)，RM80綜合力學(xué)性能較好，此時(shí)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為1244 MPa 和1590 MPa，延伸率為12.0%。