MC5冷轧辊钢奥氏体化过程碳化物演变的研究

样 ６㊁７ 的碳化物有不同程度的脱落， 在这里就不
第３期
徐㊀ 京，等：ＭＣ５ 冷轧辊钢奥氏体化过程碳化物演变的研究
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即碳化物的溶解量逐渐增大， 这与马坪等 应研究结果一致．ＷＵ Ｙｉｎｇｍａｉ
［９］
体化时间的延长，试样中的碳化物数量逐渐减少，
［１４］
的相
明：随着碳化物的数量增多，冷轧辊钢的耐磨损性
淬火硬度有减小的趋势． 对奥氏体化时间为 ３０ ｍｉｎ㊁ １ 和 ２ ｈ 的试样进行微观统计和 ＸＲＤ 分析， 发现奥氏体化时间为 文章编号： １００５－０２９９（２０１４）０３－００９３－０５
Ｃａｒｂｉｄｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＭＣ５ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｅｒ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ
第 ２２ 卷㊀ 第 ３ 期 ２ ０ １ ４年６月
㊀
材㊀ 料㊀ 科㊀ 学㊀ 与㊀ 工㊀ 艺 ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
㊀
Ｖｏｌ������ ２２
Ｊｕｎ． ２０１４
Ｎｏ������ ３
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ＭＣ５ 冷轧辊钢奥氏体化过程碳化物演变的研究
（ 上海大学 材料科学与工程学院， 上海 ２０００７２） 摘㊀ 要： 为了深入研究 ＭＣ５ 冷轧辊钢奥氏体化过程中碳化物的演变规律，采用扫描电镜㊁Ｘ 射线衍射分析和硬度测试技
2 μ m ( f ) 试样 6
2 μ m ( g ) 试样 7
2 μ m
图 ２㊀ 试样的 ＳＥＭ 组织形貌
钢中碳化物类型的变化规律， 对试样 ３㊁５ 和 ７ 做
6 5 A / % 4 3 2 1 0 3 4 5 样品编号 ( a ) 面积率 6 7
了电解萃取，并对萃取出来的碳化物做了 ＸＲＤ 分 析． 不同试样的碳化物 ＸＲＤ 分析结果如图 ４ 所示． 物的类型，碳化物类型均为 Ｍ ７ Ｃ ３ 型， 但 Ｍ ７ Ｃ ３ 型 （ Ｃｒ ２．５ Ｆｅ ４．３ Ｍｏ ０．１ ） Ｃ ３ ㊁Ｃｒ ７ Ｃ ３ ㊁（ Ｃｒ，Ｆｅ） ７ Ｃ ３ ； 当奥氏体 由图 ４ 可知，延长奥氏体化时间并没有改变碳化
对冷轧板材的质量㊁成本㊁产量起着非常重要的作
复杂碳化物 （ Ｃｒ，Ｆｅ） ７ Ｃ ３ 对于钢的性能有显著的
化物的诸多元素中大于铁和锰而低于钼等． 铬的
与碳形成多种碳化物， 碳与铬的亲和力在形成碳
作用，特别是钢的耐磨性 ［６］ ． 与 Ｃｒ２ 和 Ｃｒ３ 系材质 相比，ＭＣ５ 钢由于铬含量高， 形成大量硬度高且 弥散分布的 Ｍ ７ Ｃ ３ 型碳化物， 这种碳化物硬度最 高可高达 １ ８００ ＨＶ， 拥 有 良 好 的 淬 透 性 和 耐 磨 性，因此，得到了广泛的应用．Ｃｒ５ 钢的优异性能需 要通过合理的热处理工艺来保证 ［７］ ， 采用合适的 热处理方式制造轧辊，可以节约大量辊材，降低轧 钢生产成本，提高轧辊的质量和产量 ［８］ ． 化物数量㊁形态㊁分布以及类型变化的研究并不深 入，本文将通过改变奥氏体化时间， 探索 ＭＣ５ 钢 目前有关淬火过程 ＭＣ５ 冷轧辊钢组织中碳
铬显著提高钢的淬透性；铬与铁形成连续固溶体，
作者简介： 徐㊀ 京（１９８６－） ，男，硕士研究生． 收稿日期： ２０１３－０１－１１．
通信作者： 杨弋涛， Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｙｙｔ＠ ｓｔａｆｆ．ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
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材㊀ 料㊀ 科㊀ 学㊀ 与㊀ 工㊀ 艺㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ 第 ２２ 卷㊀
溶碳化物的转变将取决于奥氏体化时间． 虽然奥 的重新分布和奥氏体晶粒的粗化仍与时间有密切 联系． 因此，淬火硬度还取决于奥氏体化时间 ［１２］ ． 氏体化过程进行得很快， 但合金元素在奥氏体中
直径如图 ３ 所示． 由图 ３（ ａ） 可以看出， 随着奥氏
做统计了） ． 不同试样的碳化物面积率 （ Ａ ） 和平均
的形 态 和 分 布． 使 用 Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ 公 司 的 Ｉｍａｇｅ －Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ６．０图像分析软件对扫描照片进行分 析统计，得到了试样的碳化物面积率和平均尺寸． 采用恒电位电解萃取的方法将碳化物从试样 基体中分离出来， 电解液为 ３％ ＦｅＳＯ ４ ＋ １％ ＮａＣｌ ＋ Ｄ ／ ｍａｘ２５５０型 Ｘ 射线衍射仪对萃取得到的碳化物 １％ 酒 石 酸 的 水 溶 液 ［９］ ， 恒 定 电 压 为 ２． ５Ｖ． 使 用 粉末进行分析，得到碳化物类型的变化规律．
等的研究结果表
时间的延长，试样中的碳化物的尺寸随之增大，由 此亦可推测试样 ３ 的组织对材料耐磨性能相对较 为有利．
能随之提高． 由图 ３（ ｂ） 可以看出， 随着奥氏体化
2 μ m ( a ) 试样 1 ( b ) 试样 2
2 μ m ( c ) 试样 3
2 μ m
2 μ m ( d ) 试样 4 ( e ) 试样 5
使用日立 Ｓ５７０ 扫描电子显微镜观察了碳化物
颗粒尺寸最为细小，分布也最为弥散；随着奥氏体 多， 碳化物形状逐渐圆整； 当奥氏体化时间超过 化物发生脱落，出现明显的孔洞，且随着奥氏体化 时间的增长，孔洞数量继续增加，碳化物脱落更为 象 ［１３］ ，前期的研究表明， 冷轧工作辊组织中大块 合状态对耐磨性能有很大影响， 弥散的细球状的 碳化物与基体结合很牢固， 在摩擦过程中不易掉 落，起到了硬质点的作用， 阻碍了进一步的磨损． 由此可以推测，试样 ３ 的组织对材料耐磨性能相 对较为有利． 样 ３ ７ 的碳化物面积进行了统计． 每个试样在扫 描电子显微镜下都选取了 ５ 个不同的视场进行拍 使用 Ｉｍａｇｅ⁃Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ６． ０ 图 像 分 析 软 件 对 试 一次碳化物易产生麻坑状剥落； 碳化物与基体结 明显，本文在前期的研究工作中也发现了这种现 合金碳化物逐渐长大， 大颗粒碳化物数量逐渐增
ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｓ ａｂｏｕｔ ３０ ｍｉｎ， ｔｈｅ ｃａｒｂｉｄｅｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ， ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ
㊀ ㊀ 冶金轧辊是金属轧制设备必备的部件 ［１］ ， 在
用 ［２］ ． 在 轧 机 部 件 中， 冷 轧 辊 工 作 条 件 最 为 繁 时，还要能承受局部应力过载和热负荷过载． 因而 产品，应具有很高的硬度和耐磨性 ［４－５］ ． 冷轧工作辊是材质特殊㊁ 制造工艺复杂的高技术 ＭＣ５ 钢是含铬量在 ５％ 左右的过共析合金钢． 高磨损应力和高交变应力， 而且在出现轧制故障 重 ，高速运转的轧辊不仅要能承受正常轧制的
ＸＵ Ｊｉｎｇ ， ＹＡＮＧ Ｙｉｔａｏ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２， Ｃｈｉｎａ）
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｓｉｎｇ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
实验用钢取自成品 ＭＣ５ 冷轧辊的心部， 经过
０．８５７ ０．４９６ ０．２６７ ０．３６９
０．２４７ ０．１５７ ０．１２２ 余量
奥氏体化时间/ h
为 ０㊁１５㊁３０ ｍｉｎ 和１㊁２㊁４㊁６ ｈ，分别编号为试样 １ ７． 使用布洛维硬度计 ６９－１ 测定了试样的洛氏硬度．
制 定 试 样 的 淬 火 工 艺． 采 用 ９５０ ħ 油 淬， 在 ＳＸ２－１０－１３箱式电阻炉中加热，奥氏体化时间分别
化时间的继续延长，合金元素和碳原子持续扩散， ４ ｈ后，碳化物数量开始减少， 基体表面有部分碳
２㊀ 结果及讨论
２．１㊀ 硬度
时间的延长而增加， 并在 １５ ｍｉｎ 后达到 ＨＲＣ６５
所示． 由图 １ 可知，试样的淬火硬度先随奥氏体化
不同奥氏体化时间下试样的淬火硬度如图 １
样的淬火硬度出现了一定程度的降低． 这与曹燕 等 ［１０］ 的研究结果类似． 由相图可知 ［１１］ ， 这种现象 细小， 分布较为弥散， 故硬度增大； 当奥氏体化时 始析出一次碳化物， 其形态与未溶碳化物都较为 可能是由于随着奥氏体化时间的延长， 试样中开
使用 线 切 割 机 切 取 试 样， 尺 寸 为 １５ ｍｍ ˑ １５ ｍｍ ˑ４０ ｍｍ． 根据工厂现行冷轧辊的生产工艺，
图 １㊀ 试样在不同奥氏体化时间下的淬火硬度
２．２㊀ ＳＥＭ 显微组织及统计分析 使用扫描电子显微镜对试样的微观组织进行 可知，当奥氏体化时间在 ０ １５ ｍｉｎ 时， 基体没有 完全奥氏体化，碳化物的析出不太明显；奥氏体化 时间延长到 ３０ ｍｉｎ 时， 基体中的奥氏体组织明 显，碳化物大量析出， 此时碳化物形状呈细球状， 了观察． 图 ２ 为不同试样的 ＳＥＭ 组织形貌． 由图 ２
［３］
（ ＳＥＭ） ， Ｘ⁃ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ａｓ ｔｈｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ
ｔｈｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｏ ４ ｈ， ｔｈｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ａｓ ｔｈｅ
6 6 6 5 硬度 （H R C ） 6 4 6 3 6 2 6 1 0 1 2 3 4 5 6
１㊀ 实㊀ 验
产中的淬火工艺优化提供一定的科学基础．
奥氏体化过程碳化物的演变规律， 旨在为实际生
硬度测试确认为未淬火状态． 化学成分如表 １ 所示．
表 １㊀ 实验用钢的化学成分（ 质量分数 ／ ％）
Ｓｉ Ｍｎ Ｎｉ ４．８９ Ｃｒ Ｍｏ Ｖ Ｃｕ Ｃ Ｆｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｃａｒｂｉｄｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｌａｗ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｆｕｒｔｈｅｒ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ