于剑桥 柳青裕
哈尔滨哈飞工业有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060
摘 要：本文主要研究了不同热处理工艺对RE复合变质高碳高铬合金钢的显微组织和力学性能的影响。研究结果表明：经热处理后组织内残余奥氏体完全分解，转变为粒状珠光体+M7C3型碳化物。高温固溶处理会对共晶碳化物的形态产生影响，随着固溶温度的提高，连续网状的共晶碳化物转变为杆状和块状，使材料的冲击韧性得到提高，球化处理促使基体内大量二次碳化物的析出，大大提高了材料的硬度。适合于高碳高铬合金钢的热处理工艺为1200℃加热1h固溶水冷，然后750℃x5h球化处理。经此热处理后，与铸态实验钢相比硬度提高了30.8%,达到HRC53.9,冲击性提高了25%，达到9.5J/cm2。
关键词：热处理工艺；高碳铬；轴承钢组织；研究分析
高铬铸钢球芯复合轧辊由于具有优良的抗热裂性能和高耐磨性能，在热连轧粗轧使用时，比较成功的解决了传统轧辊易出现的“热疲劳裂纹严重”、“压痕”、“磨损严重”、“掉块”等问题。因此，在热轧机粗轧机架推广速度非常快，已逐步取代半钢轧辊、高铬铸铁轧辊，成为热轧机粗轧及中厚板粗轧工作辊的主要轧辊品种。这种高铬铸钢球芯复合轧辊采用离心铸造而成，芯部为高强度合金球墨铸铁，其外层材料是高铬合金钢。轧辊用高铬钢铸态组织一般为奥氏体和网状原始共晶碳化物，或奥氏体+珠光体+原始碳化物。但随着C和Cr含量的增大，在凝固冷却过程中，高铬钢组织中容易出现粗大的原始网状碳化物，对轧辊性能不利。因此，改变共晶碳化物的形态和分布，是提高其综合力学性能的有效手段。稀土复合变质剂的加入，能够起到细化晶粒、净化和强化晶界等作用，但是对碳化物的分布和形态的改善并不理想。为此本文研究采用稀土复合变质处理后，不同的热处理方式对高碳高铬钢碳化物的形状和分布的影响，以期达到提高其综合力学性能的目的。
1.试验方法
为了保证整体的实验效果，应采用“废钢”、“高碳铬铁”、“镍”、“钒铁”等进行配料后，在“KGPT20-25型50kg中频感应电炉中进行熔炼[1]。在熔炼过程中，需要对整体的钢化液进行集中处理，当钢液的整体的温度达到1520℃时进行扒渣、终脱氧、出钢。随后整体进行浇筑，使之成为“Y型”试块，当整体的浇注温度达到有效的1450°之间时，可以将其整体的炉前浇包内加入（详见表一）。
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（图一所示 试验钢的化学成分一览 图片来源 时晓飞；宋延沛；程相振；刘华平；魏雪 热处理工艺对高碳高铬钢组织和性能的影响）
由此可见，在整体的式样处理过程当中，需要确保整体的热处理工艺。在对高温箱式处理过程中，其通常采用的热处理方式便可分为：
（1）在1050°CX1h固溶，水冷+750°CX5h球化处理；
（2）1200°CX1h固溶，水冷+750°CX5h球化处理；
（3）1300°X1h固溶、水冷。
因此，其整体的采样结果可以有效进行分析得知，其自身的固化效果可达到“10mmX10mmX55mm”，整体呈现无缺口式管理。在进行JB-300B型摆锤式冲击试验时，应保证整体的冲击力度在HR-150A中，整体的柔韧性、硬度等需要达成有效的实验结果。
2.实验结果以及分析
2.1热处理工艺对试验钢组织的影响分析
在进行必要的热处理工艺时，可以得知，在整体的高碳高铬钢组织中，其自身的结晶体为RE复合变质后处理的残余奥氏体[2]。在整体的处理过程中，必须有效保障二者之间的有效连接。在整体的实验过程当中，可以明显得知，在靠近其实验结果的黑色结晶体部分为珠光体，且兼经为其网状珠化物。其整体依然呈现出有效的网状连接现象。
2.2热处理对试验钢力学性能的影响分析
固溶和球化处理能有效改善高铬钢显微组织中原始碳化物的形态、大小和分布。固溶和球化处理一方处理完全消除了残余奥氏体，组织为均匀的珠光体和M7C3型碳化物（见图二）。
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（图一所示 热处理工艺对RE复合变质处理试验刚钢力学性能的综合影响 图片来源 时晓飞；宋延沛；程相振；刘华平；魏雪 热处理工艺对高碳高铬钢组织和性能的影响）
由此可见，变质试验钢铸态硬度为HRC41.2[3]。经1050℃保温1h固溶，水冷，然后750℃x5h球化的试验钢硬度与铸态相比提高了32.2%，达到HRCS4.5。因为经高温固溶处理，试验钢基体内合金元素分布更加均匀，在球化处理过程中合金元素在基体中形成颗粒状碳化物，所以试样的硬度明显提高。固溶处理温度提高至1200℃保温h固溶，水冷，然后750℃x5h球化后，试验钢硬度提高30.8%，达到HRC3.9。可见，固溶温度超过1050℃后，再提高固溶处理温度对试样硬度的影响不大。
铸态试验钢的冲击韧性达到7.6J/cmi经1050℃保温1h固溶，水冷，然后750℃x5h球化后试验钢的冲击韧性较铸态提高了79%,达到了8.2J/cm2。当固溶温度提高至1200℃保温1h，水冷，然后750℃x5h球化的试验钢的冲击初性达到了9.J/cm2较铸态提高了25%[4]。继续提高固溶温度，试验钢的冲击韧性下降。热处理后试验钢的冲击韧性之所以提高，是由于高碳高铬钢的断裂机制强烈地依赖于碳化物的形态，当碳化物以连续网状存在时，裂纹扩展路径为碳化物的解理与沿晶断裂；当碳化物以孤立杆状，块状存在时，裂纹扩展路径为碳化物的解理与先共晶相的穿晶断裂。随着固溶处理温度的提高，网状碳化物逐渐断开转变为块状和棒状，并且基体以及呈孤立状的二次碳化物通常对裂纹的扩展起阻碍作用。因为裂纹扩展需要撕开基体，绕过这些硬度较高细小弥散分布的合金碳化物，裂纹扩展过程中需要穿过更多界面增加了裂纹钝化效应。但是当固溶温度达到1300℃，由于晶粒的严重粗化，导致其冲击韧性大大降低。为不同热处理条件下试验钢的断口形貌，可以看出，铸态试样的断口为解理小平面，不同高度的解理面之间存在台阶，众多台阶的汇合便形成河流状花样，属脆性断裂。热处理后的试样断口在一些微小区域出现了撕裂岭、韧窝，部分呈现准解理断裂特征。
3.实验结果以及分析
(1)经固溶和球化处理，组织内残余奥氏体完全分解，转变为粒状珠光体+M7C3型碳化物。高温固溶处理会对共晶碳化物的形态产生影响，随着固溶温度的提高，连续网状的共晶碳化物转变为杆状和块状，使材料的冲击韧性得到提高，球化处理促使基体内大量二次碳化物的析出，大大提高了材料的硬度。
(2)RE复合变质处理后高碳高铬合金钢的热处理工艺为1200℃加热1h固溶，水冷，然后750℃X5h时效。与铸态试验钢相比，经此热处理后，整体的硬度提高了30.8%,达到有效的HRC53.9,整体的冲击韧性提高了25%，达到9.5J/cm2。
【参考文献】
[1]马欣欣,刘润博.热处理工艺对冷轧热镀锌双相钢组织与性能的影响[J].河南建材,2020.
[2]丁丽娟,李铸铁,王军庆,等.热处理工艺对Cr-Mo-(V)型轴承钢组织和性能的影响[J].金属热处理,2019,044(006):141-145.
[3]徐尚呈,李博鹏,李德胜,等.高碳铬轴承钢中带状碳化物评定的标准讨论[J].金属热处理,2019,v.44;No.508(12):260-263.
[4]付强.高碳铬轴承钢的成分设计和热处理工艺[J].中国科技投资,2018,000(015):292.