静态不同冷却速度对球磨机钢球用钢60Mn2Cr组织的影响

2022-11-11燕际军白晓明

辽宁科技学院学报 2022年5期

燕际军，张群，白晓明

(本钢板材股份有限公司研发院，辽宁本溪 117000)

随着我国采矿业的迅速发展，用于粉碎矿石用的球磨机钢球用钢需求量也在逐年增加，对质量水平的要求也逐年提高。球磨钢具有金相组织致密、晶粒细、不易变形、耐磨性能好、冲击韧性高、破碎率小等特点。材料的需求量日益增长，对产品的质量要求越来越高，钢材组织形态是影响钢材性能的重要因素[1-3]，越来越受到重视。热处理工艺是影响钢材组织形态的重要因素，不同的冷却速度得到不同的钢材组织形态，对钢材轧制过程起到指导意义。控制轧制、控制冷却技术在钢材轧制生产过程中得到了更加广泛的应用[4]。

本钢转炉大方坯连铸生产球磨钢，经过加热炉加热到1 200 ℃±20 ℃后，进入初轧机后，进入大棒连轧机组，轧制过程中几个控温点可以控制钢材冷却速度，从而控制钢材最终组织形态。

1 试验材料及方法

试验所用60Mn2Cr球磨机钢球用钢为转炉大方坯连铸连轧工艺生产。具体生产工艺为：高炉铁水→铁水预处理→180 t转炉冶炼→180 t精炼炉LF→180 t真空脱气炉RH→大方坯350 mm× 470 mm连铸坯→步进式加热炉加热→高压水除鳞→粗轧机组轧制→连轧机组轧制→缓冷→精整→探伤→检验→入库。化学成分控制如表1所示。

随机取1炉60Mn2Cr球磨钢试样，经线切割加工试样，成品试样如图1所示，其化学成分组成(质量分数，%)为：0.61C，0.28Si，1.03Mn，0.009P，0.008S，0.26Cr，0.008Cu，0.03Alt。

表1 化学成分控制

试样在Gleeble-2000热模拟机上室温真空环境中，以5 ℃·S-1的加热速度升温到1 200 ℃，保温5 min后，不进行变形处理，以0.5 ℃·S-1、1 ℃·S-1、2 ℃·S-1、5 ℃·S-1、10 ℃·S-1、20 ℃·S-1、30 ℃·S-1、40 ℃·S-1等 8个不同的冷却速度冷却。热处理工艺见图2所示。

图1 加工成品试样

图2 热处理工艺

2 试验结果

测得降温膨胀曲线，用切线法[5]，来确定其临界点Ar1、Ar3。为使结果精确，更换试样，重复以上步骤，最后求得Ar1=585 ℃，Ar3=676 ℃。测定其相应的温度-膨胀量曲线及Ms 点，结果为Ms=360 ℃。

图3为降温速度为1 ℃·S-1时的变形曲线，从图中可以看到温度降到600 ℃左右时，曲线变形量有个明显的上升后再下降，变形量的变化说明在此时组织发生了变化。图4为降温速度为5 ℃·S-1时的变形曲线，从图中可以看到温度降到600 ℃左右时，曲线变形量有个缓慢地上升后再下降，组织也发生了变化，但变化量与图3有所不同，充分证明不同的冷却速度导致材料的变形不同。

图3 降温速度为1 ℃·S-1时的变形曲线

图4 降温速度为5 ℃·S-1 时的变形曲线

图5 不同冷却速度的组织图谱

图5 为不同冷却速度下得到的金相组织照片。可发现，随冷速增大，晶粒越变细小。这是因为冷速越大，过冷度越大，铁素体开始转变温度Ar3 越低，形核驱动力越大，临界形核功和临界核半径减小，从而晶粒变细[6]。

从组织图谱图5可看出，60Mn2Cr钢过冷奥氏体连续冷却后获得了各种不同的组织：P+F网状(珠光体+铁素体)、P+F网状+M+B(珠光体+铁素体+马氏体+贝氏体)、M+P+B+T少量(马氏体+珠光体+贝氏体+屈氏体)，以及M+B少量+T少量(马氏体+贝氏体+屈氏体)、M+B微量(马氏体+贝氏体)。随着冷却速度的加快，钢材组织发生了明显的变化，从最初的P+F网状的平衡组织，逐渐过渡到珠光体P消失，冷却速度达到5 ℃·S-1马氏体M开始出现，达到10 ℃·S-1屈氏体T出现，最终屈氏体T也消失，形成非平衡态的M+B微量组织。表2为不同冷却速度的组织形态。冷却速度为0.5 ℃～2 ℃·S-1时，组织为珠光体和铁素体网状(P+F网状)；当冷却速度为5 ℃·S-1时，转变产物为珠光体、铁素体网状、马氏体和贝氏体(P+F网状+M+B)；当冷却速度为10 ℃·S-1时，转变产物是马氏体、珠光体、贝氏体和少量屈氏体(M+P+B+T少量)；当冷却速度为20～30 ℃·S-1时得到马氏体、少量贝氏体和少量屈氏体(M+B少量+T少量)；当冷却速度为40 ℃·S-1时得到马氏体和微量贝氏体，继续提高冷却速度将出现马氏体(M)。