·1144 工程科学学报，第37卷，第9期 了40C钢快速球化退火的可行性，结果表明快速球化 图1所示.这种原料如果不进行球化退火，以获得塑 退火不仅提高了球化后组织性能，而且缩短了球化时 性较好的粒状珠光体组织，冷镦时会出现大量裂纹，使 间.Verhoeven和Gibson提出了关于球化退火时离 残次品增加，因而球化退火是标准件生产中的关键环 异共析转变的动力学模型，结果表明离异共析转变在 节.球化退火处理实验在一箱式电阻炉中进行.为防 较低的过冷度和较小的颗粒间距情况下发生.Atasoy 止样品表面脱碳对后续金相观察的影响，球化退火处 和Ozbilen可采用定量金相学和硬度测试对含硅钢的 理后的样品从中间切开，取其中一个作为金相试样，将 珠光体球化进行研究，其结果表明渗碳体球化率随珠 剖开面打磨抛光后用3%硝酸乙醇溶液腐蚀表面3$， 光体片层间距减小而增加.Tian和Kraft网对珠光体球 腐蚀后采用Ziess Axio Imager..M2m正置全自动材料显 化机制进行了研究，结果表明缺陷迁移理论是钢球化 微镜观察其微观组织形貌.在控制显微镜的AxiVision 过程的主要机制.冷却速度和奥氏体化温度对钢的球 R4.8软件所获取的金相照片中，渗碳体显示为黑色 化退火过程有着重要的影响，而目前对钢球化退火过 组织，铁素体为白色组织.所有样品的硬度采用FM一 程的研究主要集中在如何简化球化工序，进而提高球 700显微硬度测试分析仪进行测量，最终硬度结果是 化效率，对主要影响因素是如何作用于球化退火过程 五次测量值的平均值 还知之甚少.本文探讨奥氏体化温度和冷却速率对 40C钢球化退火行为的影响进行了研究，以期获得适 合40C钢碳化物球化的奥氏体化温度及冷却速度，并 探索适合现代生产冷镦钢线材的合理球化退火工艺制 度，为工业应用提供依据 1实验材料和方法 1.1实验材料和设备 40Cr钢的化学成分见表1. 表1实验用40C钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of investigated 40Cr steel% 20m C Si Mn Cr P S Cu 图1热轧态40Cr钢原始组织 0.410.270.650.950.0150.0080.020.01 Fig.1 Original microstructure of the hot rolled 40Cr steel 为了获得适当的球化退火工艺，实验样品截取于 1.2球化退火工艺设计 某钢厂热轧盘条.其轧制工艺如下：将连铸后的钢坯 某钢厂所采用的40C钢球化退火工艺示意图如 进行开坯，开坯过程中加热温度为1100~1130℃，加 图2(a)所示.其退火工艺参数为：双相区760~780℃ 热时间为5~7h;将开坯后的钢坯进行轧制，开轧温度 某一温度保温5h奥氏体化：以炉冷方式缓冷至临界温度 为1050~1080℃，终轧温度为875~895℃，吐丝温度 A以下约20℃，保温4h;从等温温度炉冷至450℃：出炉 为800~815℃；钢坯轧制后以5~15℃·s的冷却速 后空冷至室温 率快速冷却至550~600℃，随后在辊道冷却线上保温 文献]中指出，离异共析转变相对于珠光体转 至300~350℃集卷，得到40Cr钢轧材.将热轧盘条加 变，前者一般在奥氏体化后在稍低于奥氏体化温度较 工成5mm×l5mm柱状试样，其原始组织主要为粗 低的冷却速率时发生.本文在40C钢获得较好的球 大的铁素体和珠光体组织，并含有部分贝氏体组织，如 化组织的前提下，考虑奥氏体化温度及冷却速率对球 ◆(a) 30℃.h、25℃.h,20℃h-1 760-780℃ (780±20)℃ 15℃h和10℃h 660-680℃ 一A1 680℃ 炉冷至450℃ 炉冷50℃ 5h .4h 空冷 15 mir 4h 空冷 时间h 时间h 图2球化退火工艺.(a)某钢厂：()实验钢 Fig.2 Spheroidization heat treatment for 40Cr steel:(a)a steel plant:(b)investigated steel工程科学学报，第 37 卷，第 9 期 了 40Cr 钢快速球化退火的可行性，结果表明快速球化 退火不仅提高了球化后组织性能，而且缩短了球化时 间． Verhoeven 和 Gibson ［4］ 提出了关于球化退火时离 异共析转变的动力学模型，结果表明离异共析转变在 较低的过冷度和较小的颗粒间距情况下发生． Atasoy 和 zbilen ［5］采用定量金相学和硬度测试对含硅钢的 珠光体球化进行研究，其结果表明渗碳体球化率随珠 光体片层间距减小而增加． Tian 和 Kraft ［6］对珠光体球 化机制进行了研究，结果表明缺陷迁移理论是钢球化 过程的主要机制． 冷却速度和奥氏体化温度对钢的球 化退火过程有着重要的影响，而目前对钢球化退火过 程的研究主要集中在如何简化球化工序，进而提高球 化效率，对主要影响因素是如何作用于球化退火过程 还知之甚少． 本文探讨奥氏体化温度和冷却速率对 40Cr 钢球化退火行为的影响进行了研究，以期获得适 合 40Cr 钢碳化物球化的奥氏体化温度及冷却速度，并 探索适合现代生产冷镦钢线材的合理球化退火工艺制 度，为工业应用提供依据． 1 实验材料和方法 1. 1 实验材料和设备 40Cr 钢的化学成分见表 1． 表 1 实验用 40Cr 钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of investigated 40Cr steel % C Si Mn Cr P S Cu Ni 0. 41 0. 27 0. 65 0. 95 0. 015 0. 008 0. 02 0. 01 图 2 球化退火工艺． ( a) 某钢厂; ( b) 实验钢 Fig． 2 Spheroidization heat treatment for 40Cr steel: ( a) a steel plant; ( b) investigated steel 为了获得适当的球化退火工艺，实验样品截取于 某钢厂热轧盘条． 其轧制工艺如下: 将连铸后的钢坯 进行开坯，开坯过程中加热温度为 1100 ～ 1130 ℃，加 热时间为 5 ～ 7 h; 将开坯后的钢坯进行轧制，开轧温度 为 1050 ～ 1080 ℃，终轧温度为 875 ～ 895 ℃，吐丝温度 为 800 ～ 815 ℃ ; 钢坯轧制后以 5 ～ 15 ℃·s － 1 的冷却速 率快速冷却至 550 ～ 600 ℃，随后在辊道冷却线上保温 至 300 ～ 350 ℃集卷，得到 40Cr 钢轧材． 将热轧盘条加 工成 5 mm × 15 mm 柱状试样，其原始组织主要为粗 大的铁素体和珠光体组织，并含有部分贝氏体组织，如 图 1 所示． 这种原料如果不进行球化退火，以获得塑 性较好的粒状珠光体组织，冷镦时会出现大量裂纹，使 残次品增加，因而球化退火是标准件生产中的关键环 节． 球化退火处理实验在一箱式电阻炉中进行． 为防 止样品表面脱碳对后续金相观察的影响，球化退火处 理后的样品从中间切开，取其中一个作为金相试样，将 剖开面打磨抛光后用 3% 硝酸乙醇溶液腐蚀表面 3 s， 腐蚀后采用 Ziess Axio Imager． M2m 正置全自动材料显 微镜观察其微观组织形貌． 在控制显微镜的 AxiVision Ｒel4. 8 软件所获取的金相照片中，渗碳体显示为黑色 组织，铁素体为白色组织． 所有样品的硬度采用 FM-- 700 显微硬度测试分析仪进行测量，最终硬度结果是 五次测量值的平均值． 图 1 热轧态 40Cr 钢原始组织 Fig． 1 Original microstructure of the hot rolled 40Cr steel 1. 2 球化退火工艺设计 某钢厂所采用的 40Cr 钢球化退火工艺示意图如 图 2( a) 所示． 其退火工艺参数为: 双相区 760 ～ 780 ℃ 某一温度保温5 h 奥氏体化; 以炉冷方式缓冷至临界温度 Ac1以下约20 ℃，保温4 h; 从等温温度炉冷至 450 ℃; 出炉 后空冷至室温． 文献［7］中指出，离异共析转变相对于珠光体转 变，前者一般在奥氏体化后在稍低于奥氏体化温度较 低的冷却速率时发生． 本文在 40Cr 钢获得较好的球 化组织的前提下，考虑奥氏体化温度及冷却速率对球 ·1144·