用热模拟机研究86Cr3钢的淬透性

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1993.02.00M 第15卷第2期 北京科技大学学报 Vol.15N0.2 1993年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.1993 用热模拟机研究86Cr3钢的淬透性 司佳柱·刘慕怡·曾纪成 摘要：用Gleeble--1500型热模拟试验机对86Cr,钢的淬透性进行了研究，对顶端淬火法和热摸 拟法进行了对比试验，结果表明：Gleeble一1500型热摸拟试验机测定高淬透性荆的淬透性，比 传统的试验方法更具有实用性，且成本低、周期短，因此可以做为研究测定高淬透性的新方 法 关键词：淬透性.热模拟 The Research of Hardenability of 86Cra Steel on Thermal Simulator Si Jiazhu'Liu Muyi'Zeng Jicheng ABSTRACT:It is described the study of hardenability of 86Cr;steel by useing Gleeble-1500 thermal simulator.This study has made a contrast test between jominy test and thermal simulate test.The result showed that the method of measuring the hardenability of a high hardenability steel by useing Gleeble-1500 thermal simulator is clearer and more useful than that by jominy test.The cost and test period are low and short respectively.So it can be used as new method for study of hardenability of high hardenability steel. KEY WORDS:hardenability.thermal simulate test 用于冷轧带钢的Φ610mm轧辊，要求采用高淬透性的高碳铬钢。经锻造后，用感应 加热经强裂水淬后低温回火，获得极高的表面硬度和尽可能深的淬硬层)。对这类钢的 淬透性研究，国内外采用了不同方法：有的在轧辊中嵌人试样一并淬火、虽能结合实际生 产：工艺，但成本高、难度大，不适于进行广泛的材料研究；有的采用特种试样顶端淬 火()，但不能很好地结合生产实际，对材料的选择只有参考价值，很难有指导意义。而 用Gleeble-一IS00型热模拟试验机对材料进行淬透性研究的新方法可得到不同温度下，冷 却速度维氏硬度之间的关系，既结合生产实际、义简便易行。因此、这种研究方法可以 椎广应用于高淬透性钢的淬透性测定与研究中，并且是一种经济、简便、实用的方法。 *199104-04收稿 *材料科学'与L程系(Department of Material Science Engineering) 第作者：男、30岁、硕上生

第 卷第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 年 月 八 。 用热模拟机研究 钢 的淬透性 司 佳柱 ’ 刘 慕怡 曾纪 成 ’ 摘要 用 一 型 热模拟 试验 机 对 。 钢的 淬透性进 行 了研究 ， 对 顶端淬火法 和 热摸 拟法 进行 了对 比试验 ， 结 果 表明 二 一 】 型 热摸拟试验 机测定 高淬透性 钢的淬透性 ， 比 传统 的 试验 方 法 更 具 有 实 用性 ， 且 成 本低 、 周期 短 ， 因此 可 以 做 为研 究测 定 高淬透性 的 新 方 法 。 关键词 淬透性 、 热模 拟 ’ 乙 即 ’ 馆 馆 一 一 · ， 用 于冷轧 带 钢 的 中 轧 辊 ， 要求采 用 高淬透 性 的 高碳 铬钢 。 经 锻造后 ， 用感应 加 热经 强 裂 水淬后 低温 回 火 ， 获得极 高的 表 面硬度 和 尽 可能深 的 淬硬 层 〔 ” 。 对这 类钢 的 淬透性 研究 ， 国 内外采用 了不 同方法 有 的在轧辊 中嵌人 试样 一 并淬火 ， 虽 能结 合实际生 产 工 艺 ， 但 成 本 高 、 难 度 大 ， 不适 于进 行 广 泛 的 材 料 研 究 有 的 采 用 特 种 试 样 顶 端 淬 火 〔 〕 ， 但 不 能 很好 地 结 合 生产 实际 ， 对材料 的选择 只 有 参考价 值 ， 很难 有指 导 意 义 。 而 用 一 型 热模 拟 试验 机对 材 料 进 行淬透性研 究 的新 方 法 可 得 到 不 同温 度 下 ， 冷 却速 度 与维 氏硬 度 之 间 的关 系 ， 既结 合生 产 实际 ， 又 简便 易行 。 因此 ， 这 种研 究 方法 可 以 推广应 用 于高淬透性钢 的 淬透性测 定 一 与研究 中 ， 并 且是 一种经济 、 简便 、 实用 的方法 。 刁 一 收稿 ， 材料 科 ‘ 、产 ‘ 上程 系 ， 一 一 一 第 一 作者 男 、 岁 、 硕 上生 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．02．004

Vol.15 No.2 用热模拟机研究86Cr3钢的淬透性 ·153· 1实验方法 1.1试验材料 按设计好的成分经感应炉冶炼、电渣重熔铸锭、锻造成两种尺寸：Φ68mm×500mm 和Φ25mm×1000mm,经退火、调质后加工成如下试样： (1)大型顶端淬火试样Φ60mm×100mm: (2)Gleeble--1500型热模拟试验机用试样：Φ15mm×15mm. 1.2试验方法 1.2.1大试样顶端淬火法 传统的淬透性测定方法)—顶端淬火法对测定高淬透性钢的淬透性，由于试样从 头到尾全部淬透，而不能得到完整的淬透性曲线，因此不能比较不同钢之间的淬透性差 别。故设计了中60mm×l00mm的大试样顶端淬火试验，采用试验参数如下： 加热参数：900℃，60min;试验至出水口距离：27mm；水头自由高度：127mm;喷 水口直径：12mm；试样尺寸：Φ60mm×100mm。 顶端淬火后将试样沿直径用线切割剖开，测其中心线上各点的洛氏硬度，并绘制试样 距水冷端不同位置的硬度变化曲线。 1.2.2用Gleeble-1500型热模拟试验机测定试验用钢的淬透性 在实际生产中，冷轧辊的最终热处理是用双频感应加热经喷水冷却淬火，此时从轧混 表面到30m深处（超深淬硬层冷轧辊要求该处硬度HSD90)温度从高到低，冷却速 度由快到慢。为了模拟实际情况，分别将试样加热至880℃、870℃，保温2mi,用不同 的冷却速度冷到室温，再经-70~-75℃冷处理30mi,测定试样维氏硬度(HV30),从 而既可以比较各种钢的淬透性，又可以为实际生产提供应采用的热处理工艺。 2试验结果及分析 2.1大试样顶端淬火试验结果 大试样顶端淬火试验结果如图】所 示。 H 试验中所采用的A号、B号钢为同一 钢种，成分略有波动，A号钢比B号钢中 含N量多0.3%、Cr量多0.4%。从大试 10 2030405060708090100 样顶端淬火试验结果可见，B号钢比A号 距顶端距离mm 钢略硬一些，但淬透性差别不明显。 2.2 Gleeble-1500型热模拟试验机法测定 图1大试样顶端淬火曲线 淬透性的结果 Fig.I Large size sample jominy curve 试验结果表明：随冷却速度的降低，两种钢硬度下降，在880℃加热时（图2），B号 钢的硬度下降速度比A号锅慢，硬度平台区比A号钢长，同时硬度也比A号钢高。 870℃加热淬火的结果也表明（图3）B号钢的硬度下降速度比A号钢慢，硬度值也高

用 热模拟机研究 钢 的淬透性 实验方法 试验材料 按设计好 的成分 经 感 应 炉 冶炼 、 电渣 重熔铸锭 、 锻造 成两种 尺 寸 中 、 和 。 ‘ ， 经退 火 、 调 质后加工成如下 试样 大型顶端淬火试样 小 一 型 热模拟试验机用试样 中 、 。 试验方法 大试样顶端淬火法 传统 的淬透性测 定方法 〔，〕 － 顶端淬火法对测定 高淬透性钢 的淬透性 ， 由于试样从 头到尾全部淬透 ， 而 不 能得 到 完 整 的 淬透性 曲线 ， 因此不 能 比较不 同钢 之 间的淬透性差 别 。 故设计 了 中 的大试样顶端淬火试验 ， 采用试验参数如下 加热参数 ℃ ， 试验至 出水 口 距离 水头 自由高度 喷 水 口 直径 试样 尺寸 中 。 顶端淬火后 将试样沿直径用 线切 割剖开 ， 测其 中心线上各点 的洛 氏硬度 ， 并绘制试样 距水冷端不 同位置 的硬度 变化 曲线 。 用 一 型 热模拟试验机测 定试验用钢 的淬透性 在实际生产 中 ， 冷轧辊 的最终热处理是 用双频感应加热经 喷水冷却淬火 ， 此 时从轧辊 表 面到 深处 超深 淬 硬层 冷轧 辊要求该处 硬度 温度从高到 低 ， 冷却 速 度 由快到慢 。 为 了模 拟实 际情况 ， 分别将试样加 热至 ℃ 、 ℃ ， 保温 ， 用 不 同 的冷却速度冷 到室 温 ， 再经一 一 ℃ 冷处理 ， 测定 试样 维 氏硬 度 ， 从 而既可 以 比较各种钢 的淬透性 ， 又 可 以 为实际生产提供应采用 的热处理工艺 。 试验结果及分析 大试样顶端淬火试验结果 大 试 样 顶 端 淬 火 试 验 结 果 如 图 所 示 。 试验 中所采用 的 号 、 号 钢为 同一 钢种 ， 成分略有波动 ， 号 钢 比 号 钢 中 含 量多 、 量 多 。 从大试 样顶端淬火试验结果 可见 ， 号钢 比 号 钢略硬一些 ， 但淬透性差 别不 明显 。 一 型热模拟试验机法 测 定 淬透性的 结果 一 净 口 为 叮 几 一 、 叮砚 口白 厂一 一 月 一 门 ， ‘ … 习一刀 一 万 司 八 距 顶 端距 离 图 大试样顶端淬火 曲线 试验结果 表 明 随冷却速度 的降低 ， 两种钢 硬度下 降 ， 在 ℃ 加热时 图 ， 号 钢 的 硬 度 下 降速 度 比 号 钢 慢 ， 硬 度平 台 区 比 号 钢 长 ， 同时 硬 度 也 比 号 钢 高 。 ℃ 加 热 淬火 的结果 也表 明 图 号钢 的硬 度 下 降速度 比 号钢 慢 ， 硬度值也 高

·154· 北京科技大学学报 1993年No.2 因此说明在870℃.880℃加热、保温2mi的奥氏体化条件卜，B号钢比A号钢淬透性 高。问同时从试验结果中可以明确的看出：冷却速度与硬度的关系，这是本方法的·人特点 00 0 0 00 16 1211.511 600 16 1/2 ,/s…℃ 围2冷却速度对硬度的影响 围3冷却速度对硬度的影响 Fig.2 Effect of coolling rate on the hardness Fig.3 Effect of colling rate on the hardness 3讨论 对比本研究中所采用的两种试验方法，大试样顶端淬火法不能说明两种钢的淬透性差 别，即使在设计了更人的顶端淬火试样后，得到的较完整的淬透性曲线，也很难和实际生 产条件有效的联系起来。因此这种方法对钢种筛选即使有所帮助，也很难确定所选钢种能 否满足最终工作的性能要求。 采用Gleeble-1500型热模拟试验机测试法，慨得出很好的淬透性曲线，对比出了两 种钢的淬透性差别，又明确地给出了在一定奥氏体化条件下冷却速度与硬度的关系，这是 其他试验方法很难实现的。根据这一点可以确定某钢种制成的工件某部位、以某一冷却速 度，在相应的奥氏休化条件卜冷却后的硬度。基于这一点，结合实际轧辊生产工艺的特 点，在已知轧辊表面30mm处的温度变化曲线条件下，确定了能满足超深淬硬层冷轧辊 要求的新钢种成分、同时也确定了生产该轧辊的热处理工艺参数，从而较好地把材料研究 和生产实际结合起米、为钢种研究找到了较好的试验方法。 4结论 (I)用Gleeble-I500型热模拟试验机测定高淬透性材料的淬透性，比传统的顶端淬 火法更具有明确性和实用性、因此以做为一种新的淬透性测定方法 (2)86C,钢中，处于铬量上.限的A号钢与处于铬量中线的B号钢相比、淬透性和 淬硬性均偏低，这是由于A号钢形成难溶碳化物的相对量比B号钢多所造成的。 参考文献 1 Gaspard C.Cosse P.Magnee A.AIME.1984.(10):75 2卢学礼.北京科技大学材料系硕1：学位论文、1989.6 3冶金工业部钢铁研究院.合金钢手册（上册、第三分册）.北京：冶金工业出版社， 1972.101

北 京 科 技 大 ‘ 学 学 报 年 因此 说 明 在 ℃ 、 ℃ 加热 ， 保 温 的 奥 氏体 化 条件 卜 ， 号 钢 比 号钢 淬透 性 高 「 同时 从 试验 结 果中 可 以 明确 的 看出冷 却速 度 ’ 硬 度的 关系 ， 这 是 本 ，’ 法 的 人特点 匕 。 ℃ 阵煞 姗胡 的 胡姗渊 二门 图 冷却速度对硬度的影响 们陇 图 冷却速度对硬度的 影响 讨 论 对 比本研究 中所 采用 的 两种试验 方法 ， 大试 样 顶端 淬火 法 不能说 明两种钢 的 淬透性 差 别 ， 即使在设计 了更 大 的 顶端淬火试样后 ， 得到 的较 完整 的 淬透性 曲线 ， 也 很 难和实 际生 产条件有效 的联 系起 来 。 因此这种 方法 对钢种 筛选 即使有所 帮助 ， 也 很难确定 所 选 钢种 能 否满足最 终 工作的性 能要求 。 采用 十 塑 热模拟 试验 机测 试法 ， 既 得 出很 好的 淬透性 曲线 ， 对 比出 了两 种钢 的淬透性 差 别 ， 又 明确 地给 出 了在一 定 奥氏体 化 条件下冷 却速度 与硬 度 的关 系 ， 这 是 其他 试验方 法很难 实现 的 。 根据这 一 点可 以 确定 某钢 种制成 的 工件 某部位 、 以 某 一 冷 却速 度 ， 在相 应 的 奥 氏休 化 条 件 卜冷却后 的 硬 度 。 基 于这 一 点 ， 结 合 实际 轧 辊 生 产 工 艺 的 特 点 ， 在 已 知 轧辊 表 面 处 的温 度 变化 曲线 条件 卜 ， 确定 了能 满足 超 深 淬 硬层 冷轧 辊 要求 的新 钢 种 成 分 ， 同时 也确定 ’ ’ 几产该 轧辊 的热 处理 工 艺参数 ， 从 而较 好地把 材 料研究 和生 产实 际结 合起 来 ， 为钢 种研究 找 到 ’ 较 好的 试验方 法 。 结 论 用 一 型 热 模拟 试验 机 测 定 高淬 透性 材 料 的淬 透性 ， 比传统 的 顶端 淬 火法更 具 有明确性 和 实 用性 ， 因此 以 做 为 一 种新 的淬透性 测 定方 法 。 飞 钢 中 ， 处 铬 量 卜限 的 号钢 ‘ 处 铬 鼠中线 的 号钢 相 比 ， 淬透性 和 淬硬性 均偏低 ， 这 是 由 飞 号 钢形 成难溶碳化物 的相 对量 比 号钢 多所造 成的 。 参 考 文 献 ， ， ， ， 卢学 礼 北 京科技 大学 材料 系硕 学 位论文 ， 冶 金 工 业 部 钢 铁 研 究 院 合 金 钢 手 册 册 ， 第 几分 册 北 京 冶 金 工 业 出 版 社