姚鳳祥

(東北特殊鋼集團(tuán)技術(shù)中心北滿(mǎn)分中心，黑龍江161041)

MC3A、MC3B鋼預(yù)備熱處理工藝研究

姚鳳祥

(東北特殊鋼集團(tuán)技術(shù)中心北滿(mǎn)分中心，黑龍江161041)

通過(guò)對(duì)含Cr3%的輥坯試樣進(jìn)行球化工藝試驗(yàn)與研究，確定出適宜的球化退火預(yù)備熱處理工藝。

輥坯；球化退火；金相組織；硬度

由86CrMoV7鋼制造的軋輥淬硬層較淺，對(duì)于?600 mm左右的軋輥，淬硬層深度可達(dá)到15 mm。為了提高冷軋輥用鋼的淬透性，提高軋輥的淬硬層深度，多采用增加鋼中Cr含量的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如含Cr3%、Cr5%，甚至有含Cr10%的冷軋輥用鋼。由兩種成分略有不同的MC3A、MC3B制成的冷軋工作輥坯，由電渣重熔鋼錠經(jīng)壓機(jī)鍛造成形，再經(jīng)過(guò)重結(jié)晶、球化退火、去氫等鍛后熱處理，輥坯的球化組織在2～4級(jí)之間。為使輥坯獲得良好的球化組織，為下道工序做必要的準(zhǔn)備，現(xiàn)對(duì)MC3A、MC3B兩種鋼的球化退火工藝的制定做基本分析。

1 材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用料取自經(jīng)電渣重熔、鍛造、退火的輥坯，化學(xué)成分如表1。試樣熱處理在電阻爐中進(jìn)行，金相組織觀察用Nopot2型金相顯微鏡。在輥坯上切取試料，確定鋼的臨界點(diǎn)，如表2所示。奧氏體化溫度920℃，晶粒度8級(jí)。

表1 試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of experimental steel (mass fraction, %)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試樣組織

由于試料取自經(jīng)過(guò)鍛后退火處理的輥坯，原始組織已是球化狀態(tài)，所以需首先將試料處理得到典型的片層狀珠光體組織，然后再進(jìn)行球化退火試驗(yàn)，預(yù)備處理所采用的工藝如圖1，處理后得到的片層狀珠光體組織如圖2。

880℃加熱1 h，爐冷，約4 h冷卻到400℃出爐空冷，結(jié)果沒(méi)得到片狀珠光體組織，碳化物仍呈球狀，碳化物顆粒大小不均勻，大量未溶碳化物顆粒較大，而降溫中形成的則為細(xì)小的顆粒。

930℃ 加熱1 h，迅速降至680℃等溫5 h得到索氏體組織。

2.2 球化退火處理

2.2.1 碳化物溶斷情況的研究

將經(jīng)過(guò)預(yù)備處理得到片層狀珠光體組織的試樣分別于740℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃加熱1 h、水淬，觀察其碳化物熔斷情況，其組織照片如圖3。MC3A鋼740℃加熱碳化物熔斷很少；780℃加熱已有大部分碳化物熔斷，但還有很多區(qū)域保持著片層狀的形態(tài)；800℃加熱時(shí)碳化物熔斷較好；加熱溫度更高一些，如840℃，碳化物熔斷更好。MC3B鋼780℃加熱仍有少量片狀碳化物，而800℃加熱時(shí)則熔斷較好；加熱溫度升高到820℃或840℃，水淬后出現(xiàn)貝氏體組織，說(shuō)明碳化物溶解量較大。

表2 鋼的臨界點(diǎn)(℃)Table 2 The critical points of steel (℃)

圖1 試樣預(yù)備熱處理工藝Figure 1 The preparing heat treatment process of samples

(a)MC3A(b)MC3B

圖2 試樣組織(500×)Figure 2 The microstructure of samples (500×)

圖3 MC3A、MC3B鋼加熱時(shí)碳化物熔斷(500×)
Figure 3 The carbide fusing of MC3A and MC3B steel during heating (500×)

2.2.2 球化組織與工藝的關(guān)系

(a)MC3A鋼

(b)MC3B鋼

分別采用740℃、760℃、780℃、820℃、840℃加熱1 h，試樣在每一溫度加熱后分別采用720 ℃、700℃、680℃、660℃4個(gè)溫度等溫，等溫時(shí)間采用5 h和15 h兩種。試樣的組織狀態(tài)與退火工藝間的關(guān)系如圖4所示。

MC3A、MC3B鋼在800～840℃之間加熱，在660～740℃的溫度范圍內(nèi)等溫15 h都可獲得良好的球化組織，球化組織照片如圖5所示。加熱溫度升高到880℃時(shí)仍能得到球化組織。加熱溫度930℃時(shí)，在680℃或630℃等溫5 h，可得到索氏體和屈氏體組織，組織已呈片層狀，但片層極細(xì)，光學(xué)顯微鏡下很難區(qū)分。加熱溫度達(dá)980℃，在700℃等溫可得典型片狀珠光體組織。加熱溫度較低時(shí)，如780℃以下，就會(huì)出現(xiàn)一定量的片狀組織，這是因?yàn)榧訜釡囟鹊停蓟锶蹟嗖怀浞炙斐傻摹?/p>

在輥坯生產(chǎn)試制中，最初采用的球化工藝為780℃加熱、710℃等溫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有片狀組織，如圖6(a)。后將工藝調(diào)整為800℃加熱、730℃等溫，檢驗(yàn)中再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)片狀組織，如圖6(b)。

獲得粒狀珠光體的途徑有3個(gè)。一是在奧氏體與滲碳體兩項(xiàng)區(qū)加熱，或加熱轉(zhuǎn)變不充分，將這些過(guò)冷奧氏體緩冷而得到粒狀珠光體；二是片狀珠光體通過(guò)低溫退火球化而獲得；三是粒狀珠光體也可以通過(guò)馬氏體或貝氏體組織的高溫回火來(lái)獲得。

若使過(guò)冷奧氏體分解為粒狀珠光體，需要特定的加熱和冷卻。首先，將鋼進(jìn)行特定的奧氏體化，即奧氏體溫度降低，保溫時(shí)間較短，加熱轉(zhuǎn)變沒(méi)有充分完成，在奧氏體中存在許多未溶的剩余碳化物，或者奧氏體成分很不均勻，存在許多微小的富碳區(qū)。這些未溶的碳化物是過(guò)冷奧氏體分解的非自發(fā)形核，在富碳區(qū)易于形成碳化物，這就為珠光體形核創(chuàng)造了有利條件。其次，需要特定的冷卻條件，即過(guò)冷奧氏體分解的溫度要高。在A1稍下，較小的過(guò)冷度下等溫，即等溫轉(zhuǎn)變溫度高，等溫溫度時(shí)間要足夠長(zhǎng)，或者冷卻速度緩慢。滿(mǎn)足上述兩個(gè)特定條件，就可以使珠光體不以片狀形成，而以顆粒狀碳化物與鐵素體共析分解，最終獲得粒狀珠光體組織。

根據(jù)Fe-Cr-C三元相圖，MC3A、MC3B鋼中碳化物主要為合金滲碳體，即(Fe，Cr)3C型的碳化物，含有少量的(Fe，Cr)7C3型碳化物，這些碳化物在加熱時(shí)都易于溶入基體中，但要使這些碳化物完全溶解則需要加熱到很高的溫度，980℃加熱后還有一定量的未溶碳化物。

碳化物的析出則與加熱時(shí)碳化物的溶解狀況有關(guān)。在通常的加熱溫度下，MC3A、MC3B鋼中的碳化物不能完全溶解，大量的未溶碳化物則成為其后碳化物析出的核心，所形成的碳化物為顆粒狀，只有將試樣加熱到很高的溫度，使碳化物大量溶解，剩余的未溶碳化物數(shù)量減少，在其后的冷卻過(guò)程中才能形成典型的片層狀珠光體組織。

2.2.3 試樣硬度與球化處理工藝的關(guān)系

圖7為MC3A、MC3B鋼在不同的溫度下加熱后試樣硬度隨等溫溫度的變化，試樣等溫時(shí)間為15 h。可以看出，加熱溫度較高的試樣，如800～840℃加熱，在680℃等溫比660℃等溫硬度略有升高，自680℃之后隨等溫溫度升高試樣硬度下降；加熱溫度較低的試樣，如740～780℃加熱，自660℃開(kāi)始隨等溫溫度升高硬度下降。

如果要想獲得較高的硬度，應(yīng)選用較高的加熱溫度，較低的等溫溫度，如820～840℃加熱，680℃等溫。較低的加熱溫度，例如740℃或760℃加熱的試樣，雖可獲得較高的硬度，但由于組織球化不徹底，常有片狀組織出現(xiàn)，因而是不可取的。如果要想得到較低的硬度，則應(yīng)采用較高的加熱溫度和較高的等溫溫度，即800～840℃加熱，720～740℃等溫。同時(shí)還可以看出，820℃加熱的試樣在660～740℃的溫度范圍內(nèi)各個(gè)溫度下等溫，試樣的硬度都比較低。

(a)MC3A780℃加熱1h,700℃保溫15h(b)MC3B780℃加熱1h,700℃保溫15h(c)MC3A800℃加熱1h,660℃保溫15h(d)MC3B800℃加熱1h,660℃保溫15h(e)MC3A820℃加熱1h,700℃保溫15h(f)MC3B820℃加熱1h,700℃保溫15h(g)MC3A840℃加熱1h,680℃保溫15h(h)MC3B840℃加熱1h,680℃保溫15h

圖5 MC3A、MC3B鋼球化退火組織(500×)Figure 5 The microstructure of MC3A and MC3B steel after spheroidizing annealing (500×)

圖6 不同工藝處理后的輥坯球化組織的對(duì)比Figure 6 Comparison of spheroidized structure of roll blank after different heat treatment processes

1—740℃ 2—760℃ 3—780℃ 4—800℃ 5—820℃ 6—840℃

圖7 MC3A、MC3B鋼硬度與球化退火工藝的關(guān)系
Figure 7 The relation between hardness and spheroidizing annealing process of MC3A and MC3B steel

應(yīng)在C曲線的珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖附近選擇球化退火等溫溫度，在這個(gè)溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變時(shí)間短轉(zhuǎn)變比較充分，而且碳化物有足夠時(shí)間長(zhǎng)大。

3 結(jié)論

(1)MC3A、MC3B鋼于800～840℃加熱后于660～740℃等溫可得到良好的球化組織。980℃加熱后于700℃等溫可得到片層狀珠光體組織。

(2)加熱溫度較高(800～840℃)時(shí)，于680℃等溫可獲得較高的硬度，此后隨等溫溫度升高硬度下降。加熱溫度較低(740～780℃)時(shí)隨等溫溫度升高硬度下降，820℃ 加熱的試樣可獲得較低硬度。

編輯 杜青泉

Study on Preparing Heat Treatment Process of MC3A and MC3B Steel

Yao Fengxiang

By testing and studying Cr3% roll blank samples with spheroidizing technology, the appropriate preparing heat treatment process of spheroidizing annealing has been determined.

roll blank; spheroidizing annealing; metallographic structure; hardness

2016—09—12

TG156.21

B