冷轧工作辊用钢的抗热冲击性

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1993.01.011 第15卷第1期 北京科技大学学报 Vol.15 No.1 1993年1月 Journal of University of Science and Technology Beijng Jan.1993 冷轧工作辊用钢的抗热冲击性 刘慕怡·徐利民· 曾纪成 摘要：采用摩擦热冲击的方法，研究了冷轧工作辊用86CMoV7钢在不同热处理条件下的抗 热冲击性。结果表明：淬火温度超高，抗裂性越差。在相同淬火温度下，回火温度越高，抗裂 性越好。 关键词：热冲击，冷轧工作辊，抗裂性 The Thermal Shock Resistance of Steel for Cold Working Rolls Liu Muyi'Shu Limin'Zeng Jicheng" ABSTRACT:The influence of different heat treatment on thermal shock resistance of 86CrMoV7 steel used as cold working rolls,has been investigated by using friction thermal shock method.The results show that under the same quenching temperature,the higher the quenching temperure,the worse the crack resistance and the higher the tempering temperature,the better the crack resistance. KEY WORDS:thermal shock,cold working rolls,crack resistance 冷轧工作辑大多由高碳高合金钢锻造成型后，经热处理制造而成。在使用过程中，由 于卡钢等事故，而造成局部的热冲击，使表层温度瞬间达到相变点以上。由于热胀冷缩等 原因，导致轧辊开裂，甚至剥落，被迫停机换辊、修辊，严重者使轧辊早期报废，这种现 象国内外普遍存在)。轧制中的事故是难于避免的，关键是要提高冷轧工作辊抵抗热冲 击开裂的能力。影响这种能力的因素很多，本文仅就热处理工艺对86CMoV7钢的抗热 冲击性的影响进行了研究。 1试验材料和试验方法 1.1试验材料 试验用钢为齐齐哈尔钢厂电渣重熔治炼的86CMoV7冷轧辊钢，其化学成分为 (%),0.89C,0.20Si,0.42Mn,0.014P,0.012S,1.92Cr,0.30Mo,0.12V。 1992-06-17收稿 ◆材料科学与工程系(Department of Materials Science and Engineering) 第一作者刘燕怡男59副教授

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ” 几 勺 矛 冷轧工作辊用 钢 的抗热冲击性 刘 慕怡 ’ 徐 利 民 曾纪 成 ’ 摘要 采用 摩擦热 冲 击的 方法 ， 研究 了冷轧 工 作 辊用 钢在不 同热处理 条件下 的 抗 热 冲 击性 。 结果表明 淬火温度越高 ， 抗裂性越差 。 在相 同淬火温 度下 ， 回 火温 度越高 ， 抗裂 性越好 。 关键词 热 冲击 ， 冷轧工 作辊 ， 抗裂性 四 乙 万 一 ‘ 洲 ‘ ’ ， ， ， ， ， ， 冷 轧 工 作辊 大 多 由高碳高 合金 钢锻造 成 型后 ， 经热处 理 制造 而成 。 在 使用过 程 中 ， 由 于卡钢等事 故 ， 而造成 局 部的 热冲 击 ， 使表层 温 度瞬 间达 到相变 点以上 。 由于热 胀冷缩 等 原因 ， 导致 轧 辊开 裂 ， 甚至剥落 ， 被迫停 机换 辊 、 修辊 ， 严重者 使轧辊早期报废 ， 这种 现 象 国内外 普 遍 存在 〔 ’ 〕 。 轧 制 中的 事 故是难 于避 免的 ， 关键是要 提高冷轧 工 作辊抵 抗 热冲 击开 裂的能 力 。 影 响 这 种能 力的 因 素很 多 ， 本 文 仅 就热 处 理 工 艺对 钢 的 抗热 冲击性的 影响进 行 了研究 。 试验材料和试验方法 试验材料 试 验 用 钢 为 齐 齐 哈 尔 钢 厂 电渣 重 熔 冶 炼 的 冷 轧 辊 钢 ， 其 化 学 成 分 为 ， ， ， ， ， ， ， ， 。 一 一 收稿 材料科学与工程系 第一作者 刘墓怡 男 副教授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．01．011

Vol.15.No.I 冷轧工作辊用钢的抗热冲击性 ·61· 试样由Φ130mm×2000mm的圆钢料经电炉加热，锻成各种形状的方坯和圆捧（开 锻温度1150℃，终锻800℃)，锻后缓冷，球化退火，然后加工戒各种试样，经盐浴淬 火、回火后，再磨加工至最后尺寸。 1.2试样的热处理 热冲击试样尺寸为30mm×60mm×80mm。最后热处理工艺为；(a)加热至T,保 温15min油冷，回火至T2保温2h空冷；(b)加热至T,保温15min油冷，深冷至-73℃ 保温1h回火至T2温度保温2h空冷。将试样分为11组，各组工艺参数见表1。 表】热冲击试样的编号 Table 1 The numbers of thermal shock sampies 编号 淬火温度T,回火温度T;工艺号 编号 淬火温度T,回火温度T:工艺号 ℃ ℃ 1 840 150 a 7 990 150 a 3 870 150 g 8 990 180 a 910 150 a 9 870 150 b 910 180 10 870 180 b 5 950 150 11 910 1s0 6 6 950 180 1.3摩擦热冲击试验机 主要结构如图1所示2，)。试验时，试样放在试样台(S)上，由压紧机构（6)压 紧，开动电机(1)使软钢圆盘高速旋转，同时液压支杆(10)下降.在砝码(9)作用 下，横梁(4)与试样(8)同时下降，试样与圆盘接触。由于摩擦而使试样与圆盘相接触 的表面被急剧的加热，同时喷水冷却。这样在试样的摩擦面上就产生了急热急冷。通过选 择合适的试验条件，试样摩擦面上会产生冲击开裂。摩擦一定时间后，液压装置自动升 起，试样与圆盘脱离接触，试验结束。根据一定条件下试样开裂的难易程度和横剖面上裂 纹的最大深度，来评价不同热处理试样的抗热冲击性的好坏，热冲击试验条件如下：圆盘 尺寸；Φ500mm×30mm;圆盘转数；1360r/mim;砝码重：1100N;摩擦时间：11s。 2热冲击试验结果 2.1热冲击开裂情况 各组试样冲击后的开裂情况见表2，表中的硬度和最大裂纹深度都是平均值（每组试 样5至6个)。从表中可以看出，在低温回火(150℃和180℃)状态下，淬火温度越高， 越容易产生热冲击开裂。870和840℃淬火试样只有部分产生热冲击开裂，而910、950、 990℃淬火试样全部产生热冲击开裂。少部分950℃淬火试样有多条热冲击裂纹，成环状 围绕在摩擦痕的周围，而全部990℃淬火试样的热冲击裂纹都成环状。冷处理比不冷处理 的试样易产生热冲击开裂，如870℃淬火试样只有部分产生热冲击开裂，而870℃淬火后 又进行-70℃冷处理1h的试样，全部产生热冲击开裂

。 。 冷轧工作辊用 钢 的抗热冲击性 试 样 由 中 的 圆 钢料经 电炉 加 热 ， 锻成 各 种形 状 的方 坯 和 圆 棒 开 锻 温 度 ℃ ， 终 锻 ℃ ， 锻 后 缓冷 ， 球 化退 火 ， 然后加 工成 各 种试 样 ， 经 盐浴 辛 火 、 回火后 ， 再磨加 工 至最后尺寸 。 试样的热处理 热 冲 击 试样尺 寸 为 欠 。 最后热 处理 工 艺为 加 热 至 ， 呆 温 油冷 ， 回火至 几 保温 空冷 加热 至 界 保温 油伶 ， 深冷 至 一 匕 保温 回火 至 几 温 度保温 空冷 。 将试样分为 组 ， 各组工 艺参数见表 。 表 热冲击试样 的编号 霭药可墨樱 二 鳄 她鳄猛窿妥万蔺八 ﹄ 日日八曰人︸ 川︹ ，，，，走上，五上‘ ︶一甘、母口 口 ﹄卜︺勺、，，﹃ 口尹了 ，︸、七﹃才 八︸︺︼﹁ 孟，月孟胜月︼八︺︸己、、、︵﹃︸曰八日八﹄︶九 ， 己八矛了 月一八，护 摩擦热冲击试验机 主 要 结构 如 图 所示 〔 〕 。 试 验 时 ， 试 样 放 在 试样 台 上 ， 由压 紧 机 构 玉 紧 ， 开 动 电机 功 使软 钢 圆 盘 高速 旋 转 ， 同时 液 压 支杆 下 降 ， 在 祛 码 作 用 下 ， 横梁 与试样 同时 下降 ， 试样与 圆盘接触 。 由于摩擦而 使 试样 与 圆 盘相 接触 的表 面被急剧的加热 ， 同时喷 水冷 却 。 这样在 试样的 摩擦 面上就 产生 了急热 急冷 。 通 过选 择 合 适的 试 验 条 件 ， 试样 摩 擦 面上 会 产生 冲击 开 裂 。 摩 擦 一 定时 间后 液 压 装 置 自动 升 起 ， 试样与 圆盘脱离接触 ， 试验结束 。 根据一定条件下 试样开裂的难 易程度和横剖 面上裂 纹的 最大深 度 ， 来评 价不 同热 处 理 试样的 抗热 冲击性 的 好坏 ， 热 冲 击 试验 条 件如 下 圆 盘 尺寸 中 圆 盘转 数 珐 码重 摩擦 时 间 。 热冲击试验结果 热冲击开裂情况 各组试 样 冲击后 的开 裂情 况见表 ， 表 中的 硬 度和 最大裂纹 深度都 是平 均值 每组 试 样 至 个 。 从 表 中可 以看 出 ， 在低 温 回 火 ℃ 和 ℃ 状态 下 ， 淬火 温 度越 高 ， 越容 易产 生 热 冲 击 开 裂 。 和 亡淬火 试 样 只有 部分产生热 冲 击开 裂 ， 而 、 、 ℃ 淬火 试 样全 部产生 热 冲击 开 裂 。 少 部分 七 淬火 试 样有 多条 热 冲击 裂纹 ， 成环状 围绕在摩擦痕 的周 围 ， 而全部 ℃ 淬火 试样的热 冲 击 裂纹都 成环 状 。 冷处 理 比不冷 处理 的试样易产生 热 冲击开裂 ， 如 ℃ 淬火 试 样只 有 部分 产 生热 冲击 开 裂 ， 而 ℃ 淬火后 又进行 一 ℃冷 处理 的试样 ， 全部产生热 冲击开 裂

·62 北京科技大学学报 1993.No.1 困1摩擦热冲击试验机结构示童阻 1.电机；2皮带；3.款钢圆盘；4.横课杠杆；5.试样台； 6压禁试样机构：7.喷水情；8.试样；9.陆码；10.液压支杆 Fig.1 The schematic drawing of friction thermal shock machine 表2各组试样热冲击开裂情况 Table 2 The theral shock crack situation of various samples. 量大裂纹 编号 谇火（回火）遇度℃ HRC 开裂情况 深度，mm 840(150) 58.7 部分开裂 8.5 3 870(150) 62.3 大部分开裂 9.0 910150) 64.2 全部开裂 10.4 ￥ 950(150) 64.0 全部开裂 9.9 5 990M150) 62.0 全都开裂 8.3 6 910(180) 62.3 全部开裂 9.2 7 950(180) 61.5 全部开裂 9.6 9 990180) 60.0 全部开裂 7.5 9 870℃+0冷处理(150) 62.5 全部开裂 10.0 10 870℃+c冷处理(180) 61.9 全部开裂 9.7 11 910℃+0c冷处理(150) 65.4 全部开裂 9.3 图21是试样表面的热冲击裂纹形态，图2b是横剖面上的裂纹形态。在试样表面摩 接痕部分。裂纹与章接方向相垂直，在廉擦痕外部裂纹李曲成弧形。在剖面上裂纹近似为 L形，剖面的硝酸酒精腐蚀情况为，在章擦区战试样表层是白亮色的耐蚀层，其下是易 意蚀的陪区，白亮层的显微硬度为(HM100)800以上，暗区的最低显微硬度 (HM100)小于400。根据显微硬度可以判断，在发生热冲击时，试样表层被加热到钢的 相变点以上，形成重新淬火马氏体。由于热量一直向内传导，致使重新淬火马氏体不能得 到回火，所以表层不易侵蚀。在重新淬火层下面，热冲击祖度远离高于试样的回火温度， 产生了严重的回火，因此较表层要容易浸蚀。热冲击裂纹在严重回火区中产生，扩展到未 受热冲击影响的区域中

北 京 科 技 大 学 学 报 。 圈 旅热冲击试脸机结构示童圈 电板 皮带 软栩日盘 橄梁杠杆 试样台 ‘ 压皿试样机构 ， 嘴水， 试样 硅码 液压支杆 哈 触 软加国 拍衬呵 ‘ 泊 比幻 目 幽舰 创‘ 卜 表 各组试样热冲击开裂愉况 比 曰 自 七幼加 祖 呱 ， 编号 淬火 回 火〕沮度 ， ℃ 开裂情况 最大裂纹 深度声叮 〕 工 吕今以 以 以 以 扣 以 试 驯吠 ℃ 了 ℃ 冷处理 ℃ 才 ℃ 冷处理 阳 引 。 ℃ 淤 ℃ 冷处理 一 部分开裂 大部分开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 全部开裂 飞︸︺工‘咤夕 图 是 试 祥表面的 热 冲 击 裂纹形态 ， 图 是 横剖 面上的 裂纹形 态 。 在 试样表 面康 族痕部 分 ， 裂纹 与魔镇方 向相 垂直 ， 在康镶痕外部裂纹弯 曲成弧形 。 在剖 面上裂纹近似为 形 ， 剖 面的 硝酸酒精腐蚀 情 况为 ， 在康擦 区域试 样表层是 白亮色的 耐蚀层 ， 其 下是 易 腐 蚀 的 暗 区 ， 白 亮 层 的 显 微 硬 度 为 以 上 ， 暗 区 的 最 低 显 微 硬 度 小 干 。 根据显微硬度可 以 判断 ， 在发生热 冲击时 ， 试样表层被加热到 钢的 相变 点 以上 ， 形成 重新淬火马 氏体 。 由于热量 一直 向内传导 ， 致使重新淬火 马 氏体不能 得 到回 火 ， 所以 表层不 易侵蚀 。 在重新淬火 层 下 面 ， 热冲击温度远 离高 于试样的 回 火温 度 ， 产生 了严重的回 火 ， 因此较表层要容 易浸蚀 。 热冲击裂纹 在严重 回火 区 中产生 ， 扩展 到未 受热冲 击影 响的 区域 中

Vol.15.No.1 冷轧工作辊用钢的抗热冲击性 ·63· A-4 图2热冲击裂纹形态 Fig.2 The morphology of thermal shock crack 热冲击试验的载荷增加，试样与软钢圆盘的摩擦力增大，热冲击加刷，使试样表面的 重新淬火层和热彩响区加厚，热冲击裂纹的深度增加。外加载荷为1100N时，重新淬火 层的厚度一般在0.5mm左右，外加载荷为480N时，重新淬火的厚度只有0.2mm左右， 当外加载荷减至180N时，一般不形成重新淬火层。 试样表面能否产生热冲击裂纹与重新淬火层形成与否没有关系，因为热冲击裂纹起始 于热彩响区中。在所统计的77个热冲击试样中，74%的试样中热冲击裂纹起始于离重新 淬火层较远的热彩响区中，其余26%的试样中热冲击裂纹起始于紧邻重新淬火层的热影 响区中。 2.2最大裂纹深度 将热冲击后的试样剖开（见图2），测量剖面上的最大裂纹深度，在上述所选定的试 验条件下，最大裂纹深度与淬火温度和回火温度的关系见图3及图4。从$40℃至990℃ 淬火，最大裂纹深度先是随着淬火温度的提高而加深，在910℃出现极大值，淬火温度再 提高，最大裂纹深度反而减小。为了排除硬度的影响，取相同硬度的试祥进行比较，此时 最大裂纹深度与淬火温度的关系见图5。比较图3和图5可以看出，当更度湘同时，淬火 温度对最大裂纹深度仍有明显影响。这说明除了硬度这一因素之外，还有其它因素会影响 最大裂纹深度。随着淬火温度的变化，钢的硬度、残余应力、未溶碳化物量、奥氏体晶粒 大小、马氏体碳深度等，都会发生变化，显然各种组织参数对最大裂纹深度的影响是复杂 的综合作用，难以具体加以区别。 3热冲击开裂与力学性能和组织参数的关系 3.1热冲击裂纹的形成 当热冲击回火软化区中的拉伸应力超过了试验材料的断裂强度时，就会产生热冲击开 裂。但决定材料抗热冲击性能的力学性能因素，并不决定材料经高温回火后新裂强度的高 低。这是因为造成热冲击开裂的拉伸应力是由约束产生的，拉伸应力的大小取决于牧箱应 变量的大小和试验材料的应力应变特性。根据86CMoV7钢700℃短时间高温回火的拉 伸机械性能（见表4），可以作出如图6所示应力-应变曲线示意图。对应一定的热冲击温 度，回火软化区的收缩应变ε为一定值，与ε对应的拉伸应力与应力-应变曲线的位置有

冷轧工作辊用钢的抗热冲 击性 人 一 图 热冲击裂纹形态 印 热 冲击 试验的 载荷增加 ， 试样与软钢圆盘的魔擦 力增大 ， 热 冲击加 剧 ， 使试样表 面 的 重新淬火层和热影响区加厚 ， 热 冲击裂纹的深度增加 。 外加载荷为 时 ， 重新 淬 火 层的厚 度一般在 左右 ， 外加 载荷 为 时 ， 重新淬火 的厚 度只 有 左右 ， 当外加载荷减 至 时 ， 一般不形成重新淬火层 。 试样表 面能否产生热冲击裂纹与重新淬火 层形成 与否没有关 系 ， 因为热 冲击裂纹起 始 于热影响区 中 。 在 所统计的 个热冲 击 试样 中 ， 的 试 样 中热 冲 击 裂纹起 始 于 离重 新 淬火层较远 的 热影 响区 中 ， 其余 的试样 中热 冲 击裂纹起始 于 紧邻 重新 淬 火 层 的热 影 响区 中 。 最大 裂纹深度 将热冲击后的 试 样剖开 见 图 ， 测量剖 面上 的最大裂纹 深度 ， 在上述所选定约 试 验条件下 ， 最大裂 纹深度与淬火温 度和回 火 温 度的 关 系见 图 及 图 。 从 ℃ 至 ℃ 淬火 ， 最大裂纹深 度先是随着淬火温度的提高而加深 ， 在 ℃ 出现极 大 值 ， 淬火温 度再 提高 ， 最大裂纹深度反 而减小 。 为 了排除硬度的影响 ， 取相 同硬 度的 试 样进行 比 较 ， 此时 最大裂纹深度与淬火温 度的 关 系见图 。 比较 图 和 图 可 以看 出 ， 当 硬 度相 同时 ， 津火 温度对 最大裂纹深度仍有明显影响 。 这说 明除 了硬度这 一 因素之外 ， 还 有其 它 因素 会 影响 最大裂纹深度 。 随着淬火温度的变化 ， 钢的 硬 度 、 残余应 力 、 未溶 碳化物量 、 奥 氏体 晶粒 大小 、 马 氏体碳深度等 ， 都会发生变化 ， 显然各种组织参数对 最大裂纹深 度的影 响是 复杂 的综合 作用 ， 难以具体加以 区别 。 热冲击开裂与力学性能和组织参数的关 系 热冲击裂纹的形成 当热冲击回火软 化区 中的拉伸应力超过 了试验材料的 断裂强 度时 ， 就会产生 热 冲 击开 裂 。 但决定材料抗热冲击性能的 力学性能因素 ， 并不决定 材料经高 温回 火后 断裂强度的高 低 。 这是 因为造成热冲击开裂的拉伸应 力是 由约 束产生的 ， 拉伸应 力的大小取决 于 收缩应 变量 的大 小和试验材料的应 力应变特性 。 根 据 钢 ℃ 短 时 间高温 回 火 的拉 伸机械性能 见表 ， 可以 作出如 图 所示应 力一应变 曲线示意 图 。 对 应一 定的热 冲 击温 度 ， 回 火 软 化区 的收缩应 变 。 为 一定值 ， 与 。 对应 的拉 伸应 力 与应 力一 应 变 曲线 的 位置有

·64 北京科技大学学报 1993.No.1 关。试样的淬火温度高时，与ε对应的约束拉伸应力大，反之，约束拉伸应力小。只有当 ε>时，才能达到断裂应力而断裂。虽然淬火温度高时，断裂强度高，但对应的应变极 限小，容易满足条件ε>，因此淬火温度高时，容易产生热冲击开裂，即抗裂性差。 如果再考虑到回火收缩量随淬火温度的提高而增加，其结果将更容易产生热冲击开裂。 11 11150℃ 回火 10 到 0 9 幸车 8 百180℃ 回火 ●150℃ 回火 6 840870910950990 910950990 淬火温度/℃ 淬火温度/℃ 图3最大裂纹深度与淬火温度关系 图4最大裂纹深度与回火温度关系 Fig.3 Dependence of greatest crack Fig.4 Dependence of greatest crack deep on quenching temperature deep on temper temperature 表4700℃短时间回火机械性能 Table 4 The mechanical properties of short time temper at 700C 淬火温度，℃ 6,% 中% .MN /m2 5x,MN/mi 840 10.9 51.2 1172 2338 870 8.3 45.0 1309 2381 910 7.2 43.3 1434 2545 950 6.2 40.5 1671 2735 990 5.7 37.7 1791 2876 热冲击温度对热冲击开裂的影响，表现在回火软化区收缩应变ε和延伸率(=e)的 相对变化上。热冲击温度高时，收缩应变量增大，塑性也增加，热冲击温度低时，则相 反，它取决于ε和δ的相对大小。这表明塑性好的材料有可能根本就不产生热冲击开裂。 因此试验材料的高温回火塑性ǒ代表了材料的抗热冲击性能。 淬火后的试样，在高于400℃以上温度回火后，淬火组织发生变化，残余奥氏体完全 分解，：相中位错密度减小，孪晶界消失，x相逐渐成为等轴状。此时强度和塑性将主要 取决于回火后x相中的含碳量，以及碳化物的数量和弥散程度。x相的含碳量越高，强度 越高。回火析出的碳化物越多、越分散，则塑性越差。强度越高，淬火温度越高，马氏体 中含碳量越高，在相同温度回火后，￥相中的碳浓度越高，碳化物数量也越多。因此淬火 温度越高，抗热冲击性越差。无论是摩擦热冲击试验，或者是高频感应加热的热冲击试

北 京 科 技 大 学 学 报 关 。 试样的 淬火 温 度 高时 ， 与 。 对应的 约 束拉 伸应 力大 ， 反之 ， 约 束 拉伸应 力小 。 只有 当 。 几 时 ， 才 能 达 到 断裂 应 力而断裂 。 虽然 淬火 温 度 高时 ， 断 裂 强度 高 ， 但 对应的 应 变极 限 。 小 ， 容 易满足 条 件 。 气 ， 因此 淬火 温 度高时 ， 容 易产 生热 冲击开 裂 ， 即抗裂 性差 。 如果再 考虑 到回火收缩 量随淬火温 度的提 高而增加 ， 其结果将更容 易 产生热冲击 开裂 。 犯 ℃ 回 火 匕 飞－ 一 冷 － 一月匕一 尸 二 、 、 。 、 七 一妊鬓 一 万 成 ℃ 幻 ℃ 回 八，︸ 嘱副杖娜耻侧、日 刃 刃 淬火温度 ℃ 图 最大裂纹深度与淬火温度关系 碘 刃 夕列 淬火温度 ℃ 图 大裂纹深度与回 火温度关系 · 脚 加 表 ℃ 短时间回火 机械性能 一 衅 由 加 碑 ℃ 淬火温度 ， ℃ 功 叮 、 ， 、 ， 热 冲 击 温 度对 热 冲 击 开 裂的 影响 ， 表现在回 火 软 化区 收缩 应 变 ￡ 和延 伸率 武 气 的 相对 变化上 。 热 冲击 温 度 高时 ， 收缩 应 变量 增 大 ， 塑性也 增加 ， 热 冲 击 温 度低 时 ， 则相 反 ， 它取 决 于 和 占的 相 对 大小 。 这表 明塑性好的 材 料 有可 能 根 本就不 产 生热 冲击 开 裂 。 因此试验材 料 的 高温回 火 塑性 代表 了材料的抗热 冲击 性能 。 淬火后 的试 样 ， 在高 于 ℃ 以 上 温 度回火 后 ， 淬火组 织 发 生 变化 ， 残余 奥氏体 完全 分解 ， 相 中位 错 密 度减小 ， 孪晶界消失 ， 相逐 渐 成 为等轴 状 。 此时强 度和 塑性将主要 取决于 回 火 后 相 中的 含碳量 ， 以 及碳化物 的数量 和 弥散 程 度 。 相的 含碳量 越高 ， 强度 越高 。 回 火 析出的 碳化 物越多 、 越 分散 ， 则 塑性越差 。 强 度越高 ， 淬火 温 度越 高 ， 马 氏体 中含碳量 越高 ， 在相 同温度回 火 后 ， 相 中的碳浓 度越 高 ， 碳 化物数量 也越 多 。 因此 淬火 温 度越 高 ， 抗 热 冲 击 性 越 差 。 无 论 是摩擦热 冲 击 试验 ， 或者 是 高频感应 加 热的 热 冲 击试

Vol.15.No.1 冷轧工作辊用钢的抗热冲击性 ·65· 验〔4)都证明了这一点。 11 目 10 ● 9 2 8 870910950990 淬火温度/℃ 图5最大裂纹深度与淬火温度关系 用6拉伸应力-应变曲线示意图 Fig5 Under same tempered hardness,dependence of greatet crack deep of quenching temperature. Fig.6 The schematic drawing of stress-strain curves 3.2热冲击断裂的扩展 根据断裂力学原理，已有裂纹能否产生 25 失稳扩展，取决于裂纹尖端的应力场强度因 子和材料的断裂韧性。当裂纹尖端的应力场 强度因子K>Ke或K>Ke时(Kw为复合 型裂纹的应力场强度因子)，裂纹产生失稳 扩展。当裂纹扩展到一定深度，若应力状态 12 改变，或材料的断裂韧性变化，使 K<Kc(或K<KC),裂纹就停止生长。 因此试验材料的断裂韧性KC决定了实际轧 辊或摩擦热冲击试样的热冲击裂纹深度，即 Kc代表了冷轧辊材料抗热冲击裂纹扩展 810840870910950990 性。Kc提高，热冲击裂纹深度变浅。对于 淬火温度/℃ 摩擦热冲击而言，由于热冲击裂纹的深度远图7淬火温度最大裂纹深度与K的关系15℃回火) 大于回火软化层的深度，因此决定热冲击裂Fig.7 Dependence of greatdest crack deep on Kic 纹深度的是低温回火状态（即未受热冲击影响区）的断裂韧性。 从图7中可以看出，不同淬火温度经150℃回火后的摩擦热冲击最大裂纹深度随Kc 提高而变浅。 4结论 (1)在保证冷轧工作辊性能要求的条件下，为了抵抗其热冲击开裂的能力， 86CMoV7冷轧工作辊用钢的最终热处理的淬火温度应尽可能低，回火温度应尽可能 高

、 厂 ‘ 冷轧工作辊用钢的抗热冲击性 验 〔 〕 都证 明 了这 一点 。 子一 一一 飞饮﹂卜 产兑 送端燕杖氓侧日 父 夕兴 淬火温度 ℃ 。 气 己乓 图 最大裂纹深度与淬火温度关系 讲 ， 碘 热冲 击断裂的 扩展 根 据断裂力学原理 ， 已有裂纹能 否产生 失稳扩展 ， 取 决于裂纹 尖端的应 力场强 度因 子和材料的 断裂韧性 。 当裂纹 尖端的 应 力场 强 度 因 子 凡 。 或 弋 。 时 为 复合 型 裂纹 的 应 力场 强 度 因 子 ， 裂 纹 产 生 失 稳 扩展 。 当裂 纹扩展 到一 定深 度 ， 若应 力状态 改 变 ， 或 材 料 的 断 裂 韧 性 变 化 ， 使 或 凡 ， 裂 纹 就 停 止 生 长 。 因此试 验材料的 断裂韧性 己决定 了 实际轧 辊或摩擦热 冲击 试样的热冲击 裂纹 深度 ， 即 代 表 了 冷 轧 辊 材 料 抗 热 冲 击 裂 纹 扩 展 性 。 提高 ， 热 冲击 裂纹 深度变浅 。 对于 摩擦热 冲击而言 ， 由于热冲击裂纹的 深度远 大于回火软化层 的深度 ， 因此决定热 冲击 裂 图 拉伸应力一 应变 曲线示意图 · 卜 洲 巧 一冬芝﹃。 袱 护 刃〕 、侧姗端肃杖嘱日 淬火温度 七 图 淬火温度最次裂纹深度与 乓 的关系臼印℃回火 纹深度的是低温回火状态 即未受热 冲击影响 区 的断裂 韧性 。 从 图 中可 以 看 出 ， 不 同淬火 温 度经 ℃ 回 火 后 的 摩擦热 冲 击 最大 裂纹 深 度随 天 提高而变浅 。 结 论 在 保 证 冷 轧 工 作 辊 性 能 要 隶 的 条 件 下 ， 为 了 抵 抗 其 热 冲 击 开 裂 的 能 力 ， 冷轧 工 作 辊 用 钢 的 最终 热 处 理 的淬火 温 度应 尽可 能 低 ， 回 火 温 度应 尽可 能 高

·66- 北京科技大学学报 1993.No.1 (2)摩擦热冲击裂纹起源于靠近重新淬火的回火区域中，然后向表面和低温回火区中 扩展。 (3)材料高温回火后的延伸率δ是热冲击裂纹产生难易程度的控制因素。δ越高越不 易产生热冲击裂纹。材料在低温回火状态的断裂韧性Kc值是热冲击裂纹扩展难易程度的 控制因素，提高Kc值，热冲击的最大裂纹深度变浅。 参考文献 1 Mitsu Nakagawa.Hitachi Reuiews,1972,26(2) 2曾纪成.摩擦式热冲击试验机的研制，北京钢铁学院，内部资料，I983 3曾纪成，刘幕怡冷轧机工作辊抗热冲击性，中国金属学会轧钢学会第三届治金轧 辊学术年会论文，1991年10月 4李慧英组织因素对淬硬86CMoV7冷轧辊钢热冲击抗力的影响，北京机电研究 所资料，1984

北 京 科 技 大 学 学 报 。 摩擦热 冲击裂 纹起源 于靠近重新淬火 的 回火 区域 中 ， 然后向表 面和低温 回火 区 中 扩 展 。 材 料高温 回 火 后 的 延 伸率 占是 热 冲 击裂 纹 产 生难 易程 度的控 制 因 素 。 占越 高越不 易产 生热 冲 击 裂 纹 。 材料在低温回 火状态的 断 裂韧性 值是热 冲 击 裂纹扩 展难 易程 度 的 控 制 因素 ， 提高 值 ， 热 冲击 的最大裂纹深 度变浅 。 参 考 文 献 ， ， 曾纪成 摩擦式热 冲 击试验机的 研 制 ， 北 京钢铁学院 ， 内部 资料 ， 曾纪成 ， 刘慕 怡 冷 轧 机 工 作辊抗热 冲 击 性 ， 中国金属 学 会轧 钢学会第三 届 冶金轧 辊学 术年 会论 文 ， 年 月 李 慧 英 组 织 因 素对 淬 硬 冷 轧 辊 钢热 冲击 抗 力 的 影 响 ， 北 京 机 电研究 所资 料