第11期 王小勇等：淬火工艺对含B低合金超厚钢板淬透性能的影响 ·1479· 会降低钢的淬透性.但是，B具有很高的化学活性， 国家标准GB/T225一2006执行，选用直径25mm, 在钢中除固溶外，主要以BN和M23(C,B)6等硼化 长度为100mm的带凸缘的试样.所用试样均经 物的形式存在8-10，从而影响钢中固溶B量，进 过900℃正火预处理，模拟淬火工艺如表1所示. 而影响钢的淬透性.研究发现7,11-1，钢中固溶B Jominy试验结束后，对试样进行洛氏硬度(HRC) 量与其受热历史密切相关，故欲获得理想的固溶B 测试，获得淬透性曲线.在距离试样淬火末端60mm 量，需要合理的热处理工艺加以配合 处横断面取样，试样经磨抛、并采用饱和苦味酸水 Jominy试验（末端淬火）是表征钢的淬透性能 溶液腐蚀后在LeicaMEF4M光学显微镜(OM)上 的常用方法1.因此，本文通过测定超厚板在不同 进行金相观察.此外，对于超厚板，心部冷速较低 淬火条件下的Jominy试验硬度曲线，借助光学显 但其性能尤为关键，因此探究B在低冷速条件下 微镜、俄歇电子能谱等技术手段对显微组织及B的 对淬透性的作用具有重要意义.故选用普通试样在 晶界偏聚进行了观察和分析，进而探讨热处理制度 880、900、920和940℃下一次淬火，然后分别在 对其淬透性能的影响. 880℃下二次淬火，并通过空冷来模拟端淬试样低 冷速段（距淬火末端60mm以上）的冷却过程，再 1实验材料与方法 将淬火试样加工成带V型缺口的俄歇试样（φ3.6 实验材料为工业试制生产的120mm以上的 mm×31.7mm),并在液氮下深冷处理后打断获得沿 超厚钢板，其主要化学成分（质量分数，%）为 晶断面，然后利用ULVAC-PHⅢ公司生产的PHⅢI-7O0 C0.15,Si0.2,Cr0.3,Mn1.2,B0.001,Ni+Mo< 纳米扫描俄歇系统(AES)分析研究不同淬火工艺条 3.0,Ti+V<0.3,AL<0.1,Fe余量 件下B的晶界偏聚. 通过Jominy试验模拟钢板的淬火过程，参照 表1模拟淬火工艺参数 Table 1 Parameters of the simulated quench process 第一次淬火温度/℃(Jominy试验) 保温时间/min 第二次淬火温度/℃(Jominy试验) 保温时间/min 840 30 860 30 880 30 880.860,840 30 900* 30 880,860,840 30 920 30 900,880,860 30 940 30 920,900.880 30 注：*该温度增加一组保温1h试样以对比研究. 在关于硼的晶界偏聚行为的表征方法中，B径 2 实验结果 迹显微技术(PTA)曾被国内外的研究者广泛采用， 2.1单次淬火与实验钢的淬透性 并建立了较为完善的B径迹显微技术7-1.此外， 对模拟单次淬火的Jominy试样进行了洛氏硬 由于俄歇电子能谱技术具有很高的空间分辨率，且 对试样无破坏，在P、C、B等元素的偏聚研究中得 度测试，获得Jominy曲线.结果（图1(a)显示：在 到广泛应用20-23].其原理20-21在于：原子在外 840~940℃之间，实验钢的淬透性随着温度升高而 增加，在920℃出现峰值；温度高于920℃后，钢 加电子束作用下，不同能级的电子激发跃迁，引发 的淬透性有所降低.延长保温时间可获得更为优越 俄歇效应，产生出俄歇电子：且不同元素在俄歇效 的淬透性，900℃时保温1h比0.5h的淬透性更优. 应中所发出的俄歇电子具有其特征能量，收集这些 硬度值不小于30HRC的距离(D30)及距淬火端40 电子能量就能识别不同的元素或物质.结合俄歇电 子能谱，通过元素对应的峰强和相对灵敏度因子， mm处的硬度值(H40)等淬透性参数随奥氏体化温 度的变化也有类似规律（图1(b). 根据下式可实现对不同元素的定量或半定量分析. 2.2两次淬火与实验钢的淬透性 G=/∑号 (1) 对模拟两次淬火的Jominy试样进行了洛氏硬 式中C:为元素i的原子浓度，I和I分别为元素 度(HRC)测试，结果如图2所示.由图可见，当一 i和j在俄歇能谱中的峰强，S:和S,为元素i和j 次淬火温度为880℃时（图2(a)和(b),两次淬火 的相对灵敏度因子 可有效提高实验钢的淬透性，相对于单次淬火，两第 11 期 王小勇等：淬火工艺对含 B 低合金超厚钢板淬透性能的影响 1479 ·· 会降低钢的淬透性. 但是，B 具有很高的化学活性， 在钢中除固溶外，主要以 BN 和 M23(C,B)6 等硼化 物的形式存在 [8−10]，从而影响钢中固溶 B 量，进 而影响钢的淬透性. 研究发现 [7,11−15]，钢中固溶 B 量与其受热历史密切相关，故欲获得理想的固溶 B 量，需要合理的热处理工艺加以配合. Jominy 试验 (末端淬火) 是表征钢的淬透性能 的常用方法 [16] . 因此，本文通过测定超厚板在不同 淬火条件下的 Jominy 试验硬度曲线，借助光学显 微镜、俄歇电子能谱等技术手段对显微组织及 B 的 晶界偏聚进行了观察和分析，进而探讨热处理制度 对其淬透性能的影响. 1 实验材料与方法 实验材料为工业试制生产的 120 mm 以上的 超厚钢板， 其主要化学成分 (质量分数， %) 为 C 0.15，Si 0.2，Cr 0.3，Mn 1.2，B 0.001，Ni+Mo< 3.0，Ti+V<0.3，Als<0.1，Fe 余量. 通过 Jominy 试验模拟钢板的淬火过程，参照 国家标准 GB/T225—2006 执行，选用直径 25 mm， 长度为 100 mm 的带凸缘的试样. 所用试样均经 过 900 ℃正火预处理，模拟淬火工艺如表 1 所示. Jominy 试验结束后，对试样进行洛氏硬度 (HRC) 测试，获得淬透性曲线. 在距离试样淬火末端 60 mm 处横断面取样，试样经磨抛、并采用饱和苦味酸水 溶液腐蚀后在 LeicaMEF4M 光学显微镜 (OM) 上 进行金相观察. 此外，对于超厚板，心部冷速较低 但其性能尤为关键，因此探究 B 在低冷速条件下 对淬透性的作用具有重要意义. 故选用普通试样在 880、900、920 和 940 ℃下一次淬火，然后分别在 880 ℃下二次淬火，并通过空冷来模拟端淬试样低 冷速段 (距淬火末端 60 mm 以上) 的冷却过程，再 将淬火试样加工成带 V 型缺口的俄歇试样 (φ3.6 mm×31.7 mm)，并在液氮下深冷处理后打断获得沿 晶断面，然后利用 ULVAC-PHI 公司生产的 PHI-700 纳米扫描俄歇系统 (AES) 分析研究不同淬火工艺条 件下 B 的晶界偏聚. 表 1 模拟淬火工艺参数 Table 1 Parameters of the simulated quench process 第一次淬火温度/℃ (Jominy 试验) 保温时间/min 第二次淬火温度/℃ (Jominy 试验) 保温时间/min 840 30 — — 860 30 — — 880 30 880, 860, 840 30 900∗ 30 880, 860, 840 30 920 30 900, 880, 860 30 940 30 920, 900, 880 30 注：* 该温度增加一组保温 1 h 试样以对比研究. 在关于硼的晶界偏聚行为的表征方法中，B 径 迹显微技术 (PTA) 曾被国内外的研究者广泛采用， 并建立了较为完善的 B 径迹显微技术 [17−19] . 此外， 由于俄歇电子能谱技术具有很高的空间分辨率，且 对试样无破坏，在 P、C、B 等元素的偏聚研究中得 到广泛应用 [20−23] . 其原理 [20−21] 在于：原子在外 加电子束作用下，不同能级的电子激发跃迁，引发 俄歇效应，产生出俄歇电子；且不同元素在俄歇效 应中所发出的俄歇电子具有其特征能量，收集这些 电子能量就能识别不同的元素或物质. 结合俄歇电 子能谱，通过元素对应的峰强和相对灵敏度因子， 根据下式可实现对不同元素的定量或半定量分析. Ci = Ii Si .X j Ij Sj . (1) 式中 Ci 为元素 i 的原子浓度，Ii 和 Ij 分别为元素 i 和 j 在俄歇能谱中的峰强，Si 和 Sj 为元素 i 和 j 的相对灵敏度因子. 2 实验结果 2.1 单次淬火与实验钢的淬透性 对模拟单次淬火的 Jominy 试样进行了洛氏硬 度测试，获得 Jominy 曲线. 结果 (图 1(a)) 显示：在 840∼940 ℃之间，实验钢的淬透性随着温度升高而 增加，在 920 ℃出现峰值；温度高于 920 ℃后，钢 的淬透性有所降低. 延长保温时间可获得更为优越 的淬透性，900 ℃时保温 1 h 比 0.5 h 的淬透性更优. 硬度值不小于 30 HRC 的距离 (D30) 及距淬火端 40 mm 处的硬度值 (H40) 等淬透性参数随奥氏体化温 度的变化也有类似规律 (图 1(b)). 2.2 两次淬火与实验钢的淬透性 对模拟两次淬火的 Jominy 试样进行了洛氏硬 度 (HRC) 测试，结果如图 2 所示. 由图可见，当一 次淬火温度为 880 ℃时 (图 2(a) 和 (b))，两次淬火 可有效提高实验钢的淬透性，相对于单次淬火，两