95CrMo 钎具用钢的动态与静态相变研究

2015-07-11王筑生余伟熊家泽唐文龙于嘉君张吉舟

凿岩机械气动工具 2015年2期

王筑生，余伟，熊家泽，唐文龙，于嘉君，张吉舟

（1.首钢贵阳特殊钢有限责任公司，贵州贵阳 550005；2.北京科技大学，北京，100083）

0 前言

凿岩钎杆用中空钢制造，主要用于采矿、隧道、电站等炮孔凿岩。95CrMo 钢钎杆在国外是小孔凿岩的常规产品，而国内使用较少[1]。钎杆工作时受到高频率、高强度的冲击力，因此要求钎杆用中空钢产品具有优良的疲劳性能、耐磨性能。网状碳化物的存在，将严重影响产品的疲劳性能。 95CrMo 钢是高碳钢，碳化物是必然存在的，使最终产品没有连续网状碳化物的存在，是95CrMo 钢产品正常使用的关键。国内对95CrMo钢的研究很少，其组织变化规律主要参考GCr15轴承钢的一些研究结果[2]。因此，研究95CrMo 钢的组织变化规律是必要的。

本文采用DIL805 热膨胀仪，对95CrMo 钢试样进行连续冷却试验，针对不同的冷却速度，分析了冷速对其显微组织的影响，测定试验钢的连续冷却转变CCT 曲线。在Gleeble3500 热模拟试验机上测定试验钢的95CrMo 钢的动态相变温度，冷却过程中的温度与热膨胀随时间的变化关系。95CrMo 钢静态和动态相变规律，可以为制定中空钢轧制工艺和钎杆热处理工艺提供依据。

1 试验材料与方法

1.1 静态相变温度测定

试验用钢化学成分如表1 所示。利用线切割的方法切取 Φ4 mm×10 mm 的圆柱试样，在DIL805 热膨胀仪上测定试验钢的连续冷却转变CCT 曲线。方法为：将试样以 10 ℃/s 的速度加热至 820 ℃并保温 5 min，分别以 0.5 ℃/s、1 ℃/s、1.5℃/s、2 ℃/s、3 ℃/s、5 ℃/s、7 ℃/s、10 ℃/s、15 ℃/s、20℃/s、30 ℃/s 的冷速冷却到室温，记录冷却过程中的温度与热膨胀随时间的变化。

表1 试验材料化学成分

1.2 动态相变温度测定

用线切割的方法切取Φ6-Φ10 mm×60 mm的圆柱试样，在Gleeble3500 热模拟试验机上测定试验钢的95CrMo 钢的动态相变温度。具体方法为：将试样以10 ℃/s 的速度加热至900 ℃并保温5 min，然后以 3 ℃/s 的冷却速度冷却至840℃，在840 ℃按照工程应变20%、应变速率5 s-1进行变形，然后以30 ℃/s 的冷速分别冷却到740℃、710 ℃和 680 ℃，再按 1 ℃/s 的冷却速度冷却至550 ℃以下然后空冷至室温。记录冷却过程中的温度与热膨胀随时间的变化。动态相变温度测量试验方案，如图1 所示。

将连续冷却后的试样经不同冷却速度冷却后经研磨抛光并用4%硝酸酒精浸蚀，分别在光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）下观察组织的变化。

图1 动态相变温度测量试验方案示意图

2 试验结果与分析

2.1 95CrMo 钢的静态相变

2.1.1 95CrMo 的 CCT 曲线

Cr、Mo 为缩小 γ 相区元素，即使 A3 点温度升高。通过Ac3 温度计算经验公式可以得出，95CrMo 钢 Acm 点大约为 850 ℃。由黑色冶金行业标准YB/T 5127-93 可知，利用膨胀法测量钢的临界点，95CrMo 选定880 ℃为奥氏体化温度，选定每小时低于200 ℃的速率进行加热和冷却，奥氏体化温度保温5 min，通过Origin 软件处理最终得出 95CrMo 的 Acm 点为 775 ℃、Ac1 点为740 ℃。根据标准YB/T 5128-93 测定钢的连续冷却转变曲线，其中95CrMo 选定820 ℃为奥氏体化温度，奥氏体化温度保温5 min，选择10 种以上冷却速度，最终得出95CrMo 钢的CCT 曲线。

图 2 95CrMo 钢的 CCT 曲线

2.1.2 95CrMo 钢的相变温度

95CrMo 钢当冷速低于 5 ℃/s 时，只有高温区域珠光体转变；当冷速介于 5 ℃/s 和 7 ℃/s 时，开始在中温区域发生贝氏体转变，即贝氏体的临界冷却速度 Vk 大致为 6 ℃/s；当冷速大于 15 ℃/s时，开始在低温区域发生马氏体转变，Ms 点约为190 ℃。

表2 95CrMo 钢的主要相变温度

2.2 95CrMo 动态相变

2.2.1 95CrMo 的相变温度分析

从动态相变温度测量结果（图 4 a、b、c）看，在试验条件下，变形后快速冷却至740 ℃、710 ℃和680 ℃时，其相变温度略有不同，约在710 ℃-680 ℃之间（相变开始温度 740 ℃、710 ℃、680℃）。结合 95CrMo 钢的静态 CCT 曲线知道，在冷却速度为30 ℃/s 时，相变温度在522 ℃，即高速冷却时，只要终冷温度在B 或M 相变温度以上，冷却停止后会很快发生珠光体相变。珠光体相变温度越低，其相变后的组织越细小。

2.2.2 95CrMo 相变组织分析

从图6、图7、图8 可以看出：在动态条件下，冷却后的终止温度为680 ℃时，95CrMo 钢金相组织中的珠光体领域尺寸在2-5 μm，索氏体化率达到100%，网状碳化物几乎消除；终止温度为710 ℃时，金相组织中的珠光体领域尺寸多在2-5 μm，索氏体化率几乎100%，网状碳化物极少；终止温度为740 ℃时，金相组织中的珠光体领域尺寸多在4-8 μm，索氏体化率约70%-80%，且网状碳化物较发达。