支承輥鍛造結束后退火過程中組織轉變

文/南玉靜，白興紅·天津重型裝備工程研究有限公司

支承輥作為軋機設備的重要部件，主要作用是支撐工作輥以減小工作輥的彎曲變形，從而提高板厚精度和板形質量，是軋輥產品中尺寸大、重量大、制造難度極大的品種，技術含量很高，其性能和使用狀態直接影響軋機穩定、產線順利、生產消耗以及產品質量。近年來，隨著“三高”板帶產品需求的不斷增長，半高速鋼、高速鋼材質冷、熱軋機工作輥及中間輥的不斷推廣應用，對支承輥的使用性能提出了更高的要求。

鍛鋼支承輥以其良好的強韌性、表面硬度均勻性和抗疲勞性能成為軋輥研究領域里的重點對象，但是關于其鍛造結束后至鍛后熱處理開始前這個區間的研究很少，該時間工件處于待料保溫退火階段，本文將針對這一特定區間內的組織轉變進行詳細分析，為將來的生產研究提供理論依據。

試驗過程與測試方法

鍛造態還原試驗

為模擬支承輥實際鍛造中最后一火無鍛比情況下的組織，制定了相應的實驗室熱處理工藝曲線將試樣還原為鍛造完成后的狀態，如圖1 所示。

退火試驗

支承輥鍛造完成后進入待料保溫退火階段，為了研究該過程中的組織轉變，在鍛造態還原試驗的基礎上進行退火試驗，分別選取650℃、700℃、750℃三個退火溫度，3h、8h、15h 和20h 四個退火保溫時間，如圖2 所示。

測試方法

分別采用金相組織觀察、晶粒度測量、掃描電鏡觀察以及硬度檢測等多種手段對熱處理模擬的結果進行分析研究。

結果與分析

鍛造態還原試驗結果分析

圖1 鍛造態還原試驗熱處理工藝曲線

鍛造態還原后的金相與掃描照片如圖3 所示，可以發現，鍛造還原后晶粒非常粗大，平均直徑約400 ～600μm，晶粒度0 ～00 級；1200℃保溫3h與1200℃保溫0.5h 相比，晶粒尺寸整體偏大，小晶粒數量明顯減少；晶界上的“黑團”為片狀珠光體團，晶界內為馬氏體組織；大量的條帶狀碳化物沿晶界分布。在1200℃時，保溫時間越長晶粒越粗大，保溫0.5h 晶粒度級別已經達到0 ～00 級；從1200℃降溫至550℃的過程中，有大量的條帶狀碳化物沿晶界析出，并伴隨少量珠光體轉變；550℃后空冷過程中，剩余的奧氏體組織轉變為馬氏體。

圖2 鍛造還原+退火工藝曲線

圖3 鍛造態還原后的金相與掃描照片

退火試驗結果分析

⑴650℃、750℃退火過程中組織轉變。

650℃退火過程中組織轉變如圖4 所示。從圖中可以看出，在650℃保溫3h，沿晶界有少量珠光體轉變；隨著退火保溫時間的延長，珠光體的量隨之增多；650℃保溫20h，珠光體轉變基本完成，但還有少量的馬氏體組織。750℃退火與650℃退火組織轉變的情形類似。

⑵700℃退火過程中組織轉變。

圖4 650℃退火保溫不同時間的金相組織

700℃退火保溫不同時間的金相組織如圖5所示。從圖中可以看出，700℃保溫3 小時，片狀珠光體已經基本轉變完成；隨著退火保溫時間的延長，片狀珠光體逐漸向粒狀珠光體轉變，700℃保溫20 小時，珠光體形貌呈顆粒狀。

秦朝王翦用的寶劍名為昆吾劍，這劍也是大有淵源，周穆王伐昆戎，昆戎獻昆吾之劍。這倒是其次了，王翦幫助一掃六合，統一華夏，這把寶劍都跟隨王翦，可以說是厲害之極了。

圖5 700℃退火保溫不同時間的金相照片

圖6 700℃退火保溫不同時間的掃描照片

700℃退火保溫不同時間的掃描照片如圖6所示。從圖6(a)中可以看出，鍛造態還原試驗冷卻過程中優先析出的珠光體沿晶界分布，與700℃退火保溫過程中形成的珠光體位向不同，二者有明顯的邊界，均呈層片狀；從圖6(b)中可以看出，晶界處先析出的珠光體片層逐漸破斷、球化，向顆粒狀轉變，晶界處的條帶狀碳化物也逐漸球化，但晶內的珠光體依然呈層片狀；隨著保溫時間繼續延長，全部轉變為粒狀珠光體。經查閱，片狀珠光體在低溫退火過程中球化是自發的，這是由于滲碳體片存在內部缺陷，而亞晶界的存在將在Fe3C 內產生界面張力，從而使片狀Fe3C在亞晶界處出現溝槽，導致片狀滲碳體逐漸破斷球化。

圖7 為700℃退火保溫不同時間與硬度的關系曲線。可以看出，隨著退火保溫時間的延長，珠光體片層破斷、球化，從而導致硬度逐漸降低。

圖7 700℃退火保溫不同時間與硬度的關系曲線

結論

⑴鍛造態還原后，晶粒非常粗大，晶界內為馬氏體組織，晶界上有少量片狀珠光體析出，大量的條帶狀碳化物沿晶界分布。

⑵珠光體的轉變量與退火溫度、退火保溫時間均有關系；片狀珠光體沿晶界開始析出，隨著保溫時間的延長，珠光體的量隨之增多；700℃為最佳退火溫度，保溫3h 珠光體基本轉變完全。

⑶隨著700℃退火保溫時間的延長，珠光體片層逐漸破斷、球化，向顆粒狀轉變。這是由于滲碳體片存在內部缺陷，而亞晶界的存在將在Fe3C 內產生界面張力，從而使片狀Fe3C 在亞晶界處出現溝槽，導致片狀滲碳體破斷球化。