1、文章编号：1671-7872(2023)02-0133-06Cr5 支撑辊材料过冷奥氏体连续冷却组织转变特征赵士光1，张响响2，王成1，高安阳1，斯庭智2(1.安徽马钢重型机械制造有限公司技术中心,安徽马鞍山243000；2.安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽马鞍山 243032)摘要：采用热模拟试验机测试 Cr5 系支撑辊材料的热膨胀曲线，绘制支撑辊下限成分 Cr5L 和上限成分 Cr5U 试样的过冷奥氏体连续冷却组织转变(CCT)曲线，研究材料的组织转变特征和硬度变化规律。结果表明：与 Cr5L 试样相比，Cr5U 试样具有更低的马氏体形成起始温度(Ms)和结束温度(Mf)，分别为 27
2、9，153；上限成分提高了钢的淬透性，马氏体(M)转变临界冷却速度由 Cr5L 试样的 1.00/s 下降到 0.50/s。Cr5L 和 Cr5U 试样过冷奥氏体(A)连续冷却均发生珠光体(P)、贝氏体(B)和 M转变，且 P 和 B 转变“C”曲线发生分离，具有双“C”曲线特征；Cr5L 和 Cr5U 试样 B 转变分别形成 B下(B1)和 B粒(B2)，且Cr5U 试样 M 组织中含质量分数约 6%的软韧相残余奥氏体(Ar)，故以大于 B 临界冷却速度冷却的 Cr5U 试样维度硬度值小于 Cr5L 试样。关键词：Cr5 支撑辊；连续冷却转变；显微组织；相结构；硬度中图分类号：TG142.1
3、+2文献标志码：Adoi：10.12415/j.issn.16717872.22316MicrostructureTransformationCharacteristicsofSupercooledAusteniteofCr5Back-upRollsDuringContinuousCoolingZHAO Shiguang1,ZHANG Xiangxiang2,WANG Cheng1,GAO Anyang1,SI Tingzhi2(1.TechnologyCenter,MasteelHeavyMachineryManufacturingCompanyofAnhui,Maanshan243000,
4、China;2.SchoolofMaterialsScience&Engineering,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan243032,China)Abstract：ThermalmechanicalsimulatorwasusedtotesttheexpansioncurvesofCr5seriesback-uprolls,andthecontinuouscoolingtransformation(CCT)curvesofsupercooledausteniteweresketchedfortheCr5LandCr5Usampleswithlowera
5、ndupperlimitcompositions,respectively.Furthermore,thecharacteristicsofmicrostructuraltransformationandhardnessevolutionswerealsoinvestigated.TheresultsshowthatcomparedwithCr5Lsample,Cr5Usamplehasthelowerinitialtemperature(Ms)andendtemperature(Mf)ofmartensiteformation,whichare279and153respectively.Th
6、eupperlimitcompositioncanimprovehardenabilityofsteel,andthecriticalcoolingrateofmartensite(M)transformationforCr5Lsampledecreasesfrom1.00/sto0.50/s.Thesupercooledaustenite(A)ofCr5LandCr5Usamplesundergoespearlite(P),bainite(B)andMtransformationsduringcontinuouscooling,andthe“C”curvesofPandBtransforma
7、tionareseparated,withthecharacteristicsofdouble“C”curves.TheBtransformationinCr5LandCr5UsamplesformsB1andB2respectively,andtheMstructureofCr5Usamplecontainsresidualaustenite(Ar)inthesoftandductilephasewithamassfractionofabout6%,sotheVickers收稿日期：2022-12-22基金项目：安徽省科技重大专项(202103a05020036)作者简介：赵士光(1987)
8、，男，安徽阜南人，工程师，主要研究方向为大型锻件及热处理。通信作者：斯庭智(1974)，男，安徽怀宁人，博士，教授，主要研究方向为钢铁材料。引文格式：赵士光，张响响，王成，等.Cr5 支撑辊材料过冷奥氏体连续冷却组织转变特征 J.安徽工业大学学报(自然科学版)，2023，40(2):133-138.Vol.40No.2安 徽 工 业 大 学 学 报 (自然科学版)第 40 卷第 2 期April2023J.of Anhui University of Technology(Natural Science)2023 年4 月hardnessvalueofCr5Usamplecooledatacr
9、iticalcoolingrategreaterthanBislessthanthatofCr5Lsample.Keywords：Cr5back-uproll;continuouscoolingtransformation;microstructure;phasestructure;hardness支撑辊用来支撑中间辊和工作辊，是保证工作辊刚度和产品轧制尺寸精度的关键部件，在材料轧制成型工艺中具有重要的地位12。除支撑与传动作用外，支撑辊在工作过程中还承受较大的接触应力、冲击和冷热循环应力作用34。由此要求支撑辊应具有优异的综合力学性能和抗热震性能等。为满足日益提高的支撑辊性能要求，我国支撑辊
10、合金钢走过了一条降 C 增 Cr 的技术创新之路，从 Cr2 系支撑辊发展到目前普遍使用的 Cr5 系支撑辊56。Cr 一方面固溶在奥氏体(A)中，提高 A 的稳定性、淬透性和淬硬性；另一方面，Cr和 C 形成合金碳化物，起到增强基体、提高耐磨性的重要作用。因此，Cr 在支撑辊材料中具有显著的作用，对于高性能轧机，甚至发展使用 Cr78 系中碳合金钢支撑辊4,7。然而，贵重合金 Cr 的大量使用导致材料成本显著增加。为控制 Cr5 系支撑辊合金钢的成分和性能，GB/T155472012 明确规定了合金钢中 Cr 的成分范围8。安徽马钢重型机械制造有限公司是一家多年从事冶金装备制造的专业化公司，
11、公司根据生产经验和市场反馈，进一步缩小了 Cr5 合金钢的成分范围，取得了良好的效果。但在支撑辊热加工过程中，Cr5 合金钢成分的波动依然会导致支撑辊加工性能和最终使用性能的较大变化。公司支撑辊 C 当量的上限和下限成分分别为 1.68 和 1.99，C 当量强烈影响钢材过冷奥氏体(A)的冷却组织转变。特别是合金元素 Cr 和 Ni 的增加，强烈影响材料 A的冷却转变(continuouscoolingtransformation，CCT)曲线及组织转变和组成，进而对材料的力学性能产生重要影响。为探究 Cr5 合金钢成分对 A冷却组织转变的影响，为支撑辊成分优化和组织性能调控提供依据，熔炼接近
12、公司内控成分上限和下限的 2 种 Cr5 钢，采用热模拟试验机测试并绘制其CCT 曲线，对其组织转变特征进行分析。1试验材料与方法 1.1试验材料试验材料为安徽马钢重型机械制造有限公司内控 Cr5 钢，将其内控成分上限和下限的 Cr5 钢分别命名为 Cr5L 和 Cr5U 钢，2 种钢的光谱测试合金成分结果如表 1。由表 1 可知，Cr5L 和 Cr5U 钢中合金含量接近成分范围的下限和上限。1.2试验方法对 Cr5L 和 Cr5U 锻态支撑辊坯进行取样，试样尺寸如图 1。经分析 Cr5L 和 Cr5U 钢试样的实际晶粒度为 8 级，采用 Gleeble3500 热模拟试验机对试样进行热模拟试
13、验。加热温度为 900、保温时间为 5min，选取的冷却速度为 0.01，0.05，0.10，0.15，0.20，0.30，0.50，1.00，3.00，5.00，10.00/s。将 2 根热电偶丝焊接在试样的均温感应加热区，两焊点相距约 1mm，随后将样品夹持于试样台，按设置参数进行试验。试验过程中计算机会自动记录温度、时间、试样的膨胀量等物理参数的变化情况，试验结束停止记录，导出数据。通过切线法9分析导出的数据，得到如马氏体转变起始温度 Ms和结束温度 Mf等相变转变温度点；在温度时间对数坐标上绘制相变温度曲线和冷却速率曲线，获得 CCT 曲线。表 1 Cr5 钢的合金设计成分与试样的合金
14、成分w/%Tab.1Alloy design composition of Cr5 steel and alloy composition of samples w/%材料CSiMnCrNiMoVPSCr50.500.580.300.700.300.705.005.6000.500.500.600.050.150.0150.010Cr5L0.510.320.315.0200.510.060.0140.005Cr5U0.570.680.695.580.490.620.150.0130.008感应加热区10661084图1热模拟试样尺寸单位：mmFig.1Size of thermal simul
15、ation sample Unit:mm134安徽工业大学学报(自然科学版)2023年采用线切割取下图 1 所示热模拟试验结束后的试样中间部分，为6mm6mm 的圆柱形试样。取下的试样为加热和冷却转变部位，能够反映组织转变及性能。采用 4%(体积分数)的硝酸酒精溶液对试样的抛光面进行腐蚀后，分别采用 MJ31 型金相显微镜和 MIRA3 扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope，SEM,TESCAN,Czech)对其进行组织形貌观察，SEM 的加速电压为 20kV。采用 HV1000 硬度计测量试样的维氏硬度(Vickershardness，HV)值，加载载荷为 2
16、00g、加载时间为 15s，每个试样取 8 次测量值的平均值；将测试结果绘制于 CCT 图中，通过 CCT 图建立冷却速度、组织结构和性能之间的关系。2结果与讨论 2.1CCT 曲线特征图 2 为 Cr5L 和 Cr5U 试样的热模拟膨胀及 CCT 曲线。由图 2 可知：Cr5U 钢中含较多的铁素体形成元素 Cr，导致其 AC1和 AC3温度高 Cr5L 约 10；合金元素的增加导致 Cr5U 钢过冷奥氏体更稳定，与 Cr5L 钢相比，Cr5U 钢的 P(珠光体)、B(贝氏体)和 M(马氏体)转变整体有一定的下移，具更低的马氏体相变起始温度(Ms)和结束温度(Mf)，分别为 279，153；Cr5L 和 Cr5A 钢的 M 临界冷却速度分别为 1.00，0.50/s，Cr5U 钢的淬透性明显得到改善；由于过冷奥氏体稳定性较高，P 和 B 转变动力学缓慢，这与文献 10 的研究结果一致(P 孕育期约 2800s)，未测出 P 和 B 转变结束线，表明在小于 M 临界冷却速度的冷速下，钢中组织是混合组织；Cr5L 和 Cr5U 均具有 P 和 B 转变曲线的分离现象，形成双“C”曲线，表明
