轧辊用012Al钢热处理试验研究

第36卷第1期142014年1月上海金属SHANGHAIMETALSVO136，NO1JANUA，2014轧辊用012AI钢热处理试验研究温宏权李文霄吴琼孙大乐宝山钢铁股份有限公司研究院，上海201900【摘要】研究了轧辊用012A1钢的热处理工艺及其对钢的显微组织、硬度及力学性能的影响，并对回火热稳定性进行了理论计算与分析。结果表明，012A1钢具有较强的淬硬能力，1100油淬540回火硬度可达60HRC以上。012A1钢调质硬度为35HRC时，屈服强度可达850MPA，抗拉强度可达1100MPA；淬火硬度为59HRC时，抗拉强度可达2300MPA，弯曲强度可达3700MPA。基于扩散控制过程的回火稳定性问题可以用AHENIUS方程较好地描述其中系数A的取值很关键。计算结果表明012A1钢的回火稳定性低于含W元素的H21钢，而与普通热作模具钢H13接近。【关键词】012A1钢热处理热稳定性轧辊STUDYONHEATTREATMENTEXPERIMENTOF012ALSTEELROLLERWENHONGQUANLIWENXIAOWUQIONGSUNDALERESEARCHINSTITUTE，BAOSHANIRONSTEELCO，LTD，SHANGHAI201900，CHINA【ABSTRACT】THE012A1STEELF0RH0TROLLERWASHEATTREATEDINLABORATORY，THEMICROSTRUCTUREANDHARDNESSANDMECHANICPERFORMANCESWERETESTEDANDTHETEMPERINGTHERMALSTABILITYWASALSOCALCULATEDTHEORETICALLYTHERESULTSSHOWEDTHATTHE012A1STEELHADHIGHERHARDENINGCAPACITY，ITSHARDNESSCOULDREACH60HRCORABOVEAFTER1100QUENCHING540TEMPERINGTHEYIELDSTRENGTHWAS850MPAANDTENSILESTRENGTHWAS1100MPAWHENTHETEMPERINGHARDNESSWAS35HRCMEANWHILE，THETENSILESTRENGTHWAS2300MPAANDTHEBENDINGSTRENGTHWAS3700MPAWHENTHEQUENCHINGHARDNESSWAS59HRC；THETEMPERINGSTABILITYQUESTIONCOULDBEDESCRIBEDWELLBYTHEARRHENIUSEQUATIONONTHEBASEOFDIFFUSIONCONTROL，WHERETHEVALUEOFPARAMETERAWASVERYCRUCIA1THECALCULATEDRESULTSSHOWEDTHATTHETHERMALSTABILITYOF012ALSTEELWASLOWERTHANTHATOFWCONTAININGH21STEE1BUTNEARTOTHATOFCOMMONH13HOTDIESTEE1【KEYWORDS】012A1STEEL，HEATTREATMENT，THEMALSTABILITY，R0LLER在各种工模具钢中，高速钢HIGHSPEEDSTEE1以其优异的“红硬性”早在100年多前就受到人们的关注，如W18CR4V、W6MO5CR4V2、CR5MO5W5等。但是，高速钢中碳和合金元素含量高，凝固时容易偏析，铸造形成的粗大网状碳化物即使经过锻打和热处理也仍难以消除，不仅使一些使用性能变差，而且在制造时也容易开裂。为此，在20世纪7O年代初，国内外开始研究相当于高速钢基体成分的基体钢MATRIXSTEE1，即适当地降低C含量以及价格昂贵的W含量，同时加人NI、SI、MO、A1、V等元素，以提高抗弯强度、挠度和冲击韧性等综合性能，典型材料有65CR4W3MO2VNB65NB、6CR4MO3NI2WVCG2、80CR7MO3V2SILD、5CR4M03SIMNVA1012A1等。本文以热态工作轧辊为应用背景，在实验室作者简介温宏权，男，高级工程师，从事轧辊材料研究与开发工作，联系电话02126649343，EMAILHQWENBAOSTEE1CON第1期温宏权等轧辊用012AI钢热处理试验研究15进行012A1基体钢的小样热处理试验，系统测试012A1钢的热处理性能，分析其回火稳定性问题，以期为正式辊的热处理制造提供依据。1试验材料与方法试验用0123_1钢的化学成分为052C，090SI，102MN，381CR，296MO，095V，087A1。试样在管式电阻炉内加热，淬火方式为油冷。金相、硬度试样尺寸20MM20MM20MM，力学性能试样尺寸300MMX300MM20MM。考察的工艺参数包括1淬火温度，分别取1100、1050，保温时间4H。2回火温度，分别取520、620、700。3回火时间，每隔1H取出1个回火保温试样。试验完成后，取样进行拉伸、冲击试验，以及金相、硬度分析测试，于ZEISSLSM5PASCAL光学显微镜及KEYENCEVE9800扫描电镜SEM下进行金相组织观察，腐蚀剂为4硝酸酒精溶液。2试验结果与分析硬度是轧辊最主要的性能指标，不仅对轧辊后续正确使用有着重要影响，也是制定轧辊各种热处理工艺的依据。21硬度211淬火硬度表1为不同淬火温度下012A1钢的淬火硬度结果。可见1100加热油淬，淬火硬度为625HRC；500相同回火温度保温时间4H下，1100淬火比1050淬火硬度略高；1100淬火时空冷与油冷的硬度差别不大。这为制定012A1钢轧辊热处理工艺提供了依据。表1012A1钢的淬火硬度TABLE1QUENCHINGHARDNESSOF012A1STEELHRC012A1钢表现出较强的淬硬能力，1100油淬540回火硬度可达60HRC以上，主要原因是较多的MO、V、A1元素溶解于基体内使012A1钢得到固溶强化和硬化。可见，012A1基体钢在一定程度上仍然保留了高速钢的某些“红硬性”特点。212回火硬度图1为不同回火温度及保温时间下012A1钢的回火硬度，由图可以看出，低温520回火时，保温时间对硬度几乎没有影响；高温70005L0L52O2530回火时问LL图L012A1钢的回火硬度FIG1TEMPERINGHARDNESSOF012A1回火时，随着保温时间的延长，其硬度在4H内就快速下降至调质硬度30HRC左右，此后又基本保持不变；中温620QC回火，随着保温时间的延长，其硬度缓慢降低并向调质硬度逼近。可见012AL钢的回火硬度受回火温度和回火时间的影响较大，在热处理时必须要选择合理的回火温度及保温时间，以确保轧辊最终能准确获得目标硬度。22力学性能012A1钢在调质态1100淬火695回火，硬度35HRC的室温屈服强度R加850MPA，抗拉强度R1100MPA，延伸率A12，断面收缩率Z22，冲击功10J；在淬火态1100淬火550回火，硬度59HRC的室温抗拉强度RD022300MPA，三点静弯曲强度R3700MPA，冲击功K5J。23金相组织对于轧辊来说，一般要求辊面一定深度范围内处于耐磨性较高的淬硬态组织，而心部处于强韧性较高的调质态组织。调质态和淬火态012A1钢的金相组织如图2所示，分别为回火索氏体组织和针状马氏体组织。620OC回火时不同保温时印加如0融IL第1期温宏权等轧辊用012A1钢热处理试验研究L7在620的回火时间稳定性明显低于含W的H21钢。通过计算还可发现，式1中系数A是2520151050252015L05O材料热稳定性的重要反映，A值越小意味着材料的热稳定性越高。2520151050。保温I0时问15。即。温6。700。时坞。A回火硬度降B温度稳定性，4HC1时间稳定性T620图4计算的几种模具钢的热稳定性FIG4CALCULATEDTHERMALSTABILITYOFSOMEDIESTEELS4结论本文实验研究了轧辊用012A1钢的热处理工艺，观察了热处理试样的微观组织，I贝0试了热处理试样的硬度和力学性能，并对回火热稳定性问题进行了理论计算与分析。主要结论有1012A1钢具有较强的淬硬能力，1100油淬540回火硬度可达60HRC以上。2012A1钢调质态屈服强度可达850MPA，抗拉强度可达1100MPA；淬火态抗拉强度可达2300MPA，弯曲强度可达3700MPA。3基于扩散控制过程的回火稳定性问题可以用ARRHENIUS方程较好地描述，其中系数4的取值很关键。4计算结果表明012A1钢的回火稳定性低于含W元素的H21钢，与普通热作模具钢H13接近。参考文献1冯晓曾，李士玮，武维扬，等模具用钢和热处理M北京机械工业出版社，19842肖纪美金属的韧性与韧化M上海上海科技出版社，19803李平安，高军热作模具钢的热稳定性研究J金属热处理，1997，221210124J陈英伟，吴晓春几种典型热作模具钢性能的对比J机械工程材料，2010，3423，2729收修改稿日期20130902上接第13页表3S500MC与文献4钢种的高频疲劳参数对比TABLE3COMPARISONOFHIGHCYCLEFATIGUEPROPERTIESOFDIFFERENTSTEELS4结论1S500MC钢的抗拉强度为635MPA。R01时的疲劳极限471MPA，达到抗拉强度的70以上。2较高的疲劳极限表明S500MC具备很好的疲劳性能。3S500MC钢高频疲劳的疲劳参数为SRI11613斜线的截距，B一008933斜线的斜率，NCL20310，相关系数R一095453，且符合如下规律O16130089331GN。参考文献1ASMINTERNATIONA1ELEMENTSOFMETALLURGYANDENGINEERINGALLOYS05224GOL20080812HTTPWWWASMINTERNATIONA1ORGEONTENTASMSTOREFILES05224GCHAPTERL4PDF2YOKOIT，K