热处理对60CrMnMo轧辊钢微观组织与硬度的影响

于文妍，王永红

(1 内蒙古科技大学，内蒙古包头014010;2 内蒙古包钢钢联股份有限公司特钢分公司，内蒙古包头014010)

自从钢包炉外精炼炉诞生，生产质量高、吨位大的轧辊钢成为可能。特别是通过电渣重熔可生产高洁净度、小偏析和结晶度细小的高硬度轧辊钢。冶炼时选用硫、磷以及其他杂质含量低的优质生铁和废钢。对造渣材料、铁矿石以及各种铁合金、脱氧剂、增碳剂等除了有严格的质量规定外，使用前还要彻底干燥，以防气体和夹杂带入钢水中。冶炼须在炉体良好的情况下进行。

冶炼高质量的坯材经过锻造后组织均一，性能稳定。锻钢轧辊根据材质和用途的不同，一般进行不同的热处理工艺处理。为控制不耐磨铁素体数量，热轧辊的含碳量规定不小于0.45%，合金元素含量应根据轧辊直径大小和强度要求确定，从而保证足够的强韧性。60CrMnMo 中碳钢(0.35% ～0.65%C)轧辊一般经正火回火或调质处理后硬度约300HB ～350HB，可作为热轧的工作轧辊或支承辊。杨庆祥［1－5］等人曾研究了稀土对60CrMnMo轧辊钢的疲劳性能、抗氧化性及夹杂物形态的影响，发现稀土元素提高了60CrMnMo 轧辊钢的高温低周疲劳性能，改善了MnS 夹杂物形态，降低氧化速率。张英云［6］等人通过正火+调质工艺生产了60CrMnMo 轧辊钢，热处理后的硬度值为269HB ～302HB。本文基于上述文献的研究成果，运用金相显微镜、硬度测试机等检验手段，进一步研究一次正火、二次正火和油淬三种热处理工艺对60CrMnMo轧辊钢组织与性能的影响，并对一次正火、二次正火和油淬后的试样进行560℃、580℃和600℃回火处理，以便于制定合理的热处理工艺制度。

1 实验部分

实验钢化学成分见表1。根据60CrMnMo 轧辊钢的化学成分，确定三种热处理工艺制度如图1 所示。图1 中分别为一次正火、二次正火和油淬处理实验方案，试样处理前以300℃炉温时入炉，一次正火和油淬分别加热到650℃保温10min，之后以60℃/h 的速度加热至860℃保温30min 后空冷或油冷。二次正火工艺是将一次正火重复处理一次。为了保证试样的塑性，无论是一次正火、二次正火和油淬处理，之后都需进行560℃、580℃和600℃温度下保温处理120min 后出炉空冷。

表1 实验钢化学成分(质量百分比，%)Table 1 Chemical element of researched rolled steel(mass fraction/%)

图1 热处理工艺:(a)一次正火，(b)二次正火，(c)油淬Fig.1 Heat treatment processes:(a)a normalizing，(b)secondary normalizing and(c)oil quenching

2 结果及讨论

热处理后的金相组织如图2 所示。由图可知，一次正火、二次正火和油淬三种热处理工艺处理后的60CrMnMo 轧辊钢金相组织各不相同，一次正火后的组织为贝氏体，二次正火后的组织为珠光体和铁素体，油淬后的组织为马氏体和碳化物。事实上，油淬的试样冷速较高，达到了马氏体形成的必要条件。而正火试样出炉后的空冷没有达到马氏体形成的必要冷却条件，一次正火达到了贝氏体形成的基本条件，而二次正火试样的珠光体和铁素体的形成是贝氏体组织进一步演变，对提高材质的塑性和韧性有利。

图2 热处理对60CrMnMo 轧辊钢金相组织的影响:(a)一次正火，(b)二次正火，(c)油淬Fig.2 Effects of heat treatment on microstructure of 60CrMnMo rolled steel:(a)a normalizing，(b)secondary normalizing and(c)oil quenching

一次正火、二次正火和油淬三种热处理工艺处理后的60CrMnMo 轧辊钢试样硬度如图3 所示。由图可知，不论是否进行回火，油淬后的60CrMnMo 轧辊钢试样硬度高于正火态试样。油淬后的60CrMnMo 轧辊钢硬度较高，测试平均值为586HB，一次正火和二次正火后的试样硬度值较为接近，分别为372HB 和370HB。这一测试结果证实了上述微观组织分析的正确性。一次正火和油淬的60CrMnMo 轧辊钢试样分别进行560℃、580℃和600℃回火处理后的硬度值呈现下降趋势;二次正火60CrMnMo 轧辊钢试样分别进行560℃、580℃和600℃回火处理后的硬度值呈现先上升后下降趋势，580℃回火对应的试样硬度值较高。

图3 热处理对60CrMnMo 轧辊钢硬度的影响Fig.3 Effects of heat treatment on hardness of 60CrMnMo rolled steel

3 结论

(1)经过一次正火、二次正火和油淬三种热处理工艺处理后的60CrMnMo 轧辊钢金相组织各不相同，一次正火后的组织为贝氏体，二次正火后的组织为珠光体和铁素体，油淬后的组织为马氏体和碳化物。

(2)本文所研究的一次正火、二次正火和油淬三种热处理方案，油淬后的60CrMnMo 轧辊钢硬度较高，测试平均值为586HB，一次正火和二次正火后的试样硬度值较为接近，分别为 372HB和370HB。

(3)一次正火和油淬的60CrMnMo 轧辊钢试样分别进行560℃、580℃和600℃回火处理后的硬度值呈现下降趋势;二次正火60CrMnMo 轧辊钢试样分别进行560℃、580℃和600℃回火处理后的硬度值呈现先上升后下降趋势，580℃回火对应的试样硬度值较高。

［1］杨庆祥，吴浩泉，郭景海. 稀土对60CrMnMo 热轧辊钢夹杂物形态的影响［J］. 中国稀土学报，1992，10(2):151 －154.

［2］杨庆祥，吴浩泉，郭景海，等. 稀土对60CrMnMo热轧辊钢高温低周疲劳性能的影响［J］. 中国稀土学报，1994，12(1):42 －45.

［3］杨庆祥，吴浩泉，丁柏群，等. 稀土元素对热轧辊用钢60CrMnMo 热疲劳性能的影响［J］. 钢铁，1994，29(5):50 －54.

［4］杨庆祥，王爱荣，任学军，等. 稀土元素对60CrMnMo 热轧辊用钢抗氧化性能的影响［J］.中国稀土学报，1996，14(1):38 －42.

［5］杨庆祥，廖波，姚枚. 稀土对60CrMnMo 热轧辊钢塑性的影响及低周疲劳寿命的估算［J］. 中国稀土学报，1997，15(4):340 －343.

［6］张英云，阎建安，陈进磊，等. 60CrMnMo 型钢轧辊的生产试制［J］. 大型铸锻件，2010，20(3):34 －45.