ZG75Si2Mn1CrB钢的等温淬火工艺

　　高碳低合金钢因其合金含量低、耐磨性好、生产成本低等特点在矿山、冶金、电力、煤炭等领域有着很大的应用潜力[1-2]。近期的研究[3-6]表明，钢材组织为成束条状贝氏体铁素体(BF)与条间成膜状残留奥氏体(AR)的混合物( 也称超级贝氏体或者强硬贝氏体)时，其性能具有高韧性、高强度，从而具有高的耐磨性和抗破裂性，这应是耐磨钢最佳的显微组织形态之一。且获得这显微组织用钢主要是Si-Mn钢，价格较低，因而可能成为耐磨零件用钢的发展方向。然而，目前获得这种高性能贝氏体的组成相的形态、性质和获得方法，特别是采用较低温度等温，研究成果不多，值得研讨。本文对ZG75Si2Mn1CrB钢在较低温度下等温形成的超级贝氏体的形态和性能进行了初步探讨。低温条件下等温淬火由于温度较低，不但组织细化，提高了耐磨性而且降低了生产成本，具有较好的综合性能和性价比。然而，在不失去低温转变性能的条件下，对于小部件，低温等温淬火可以加快转变的速度，同时保留了细小的显微组织，具有令人满意的性能。

　　1 试验材料及方法

　　试验用钢成分设计，既考虑到可以获得高强度、高韧性超级贝氏体，又考虑制造厚度较大的零件，需要其过冷奥氏体具有较大的稳定性，设计的ZG75Si2Mn1CrB钢成分如表1所列。经电炉冶炼达到基本成分之后，进行炉外精炼，砂模浇注成Φ100mm 球体，用线切割将球体加工成20mm×20mm×55mm试样，用于等温淬火处理。

　　铸钢试样奥氏体化温度为920℃，其直接油淬后的显微组织为均匀细密的马氏体组织，参照文献[7]中的经验公式，计算出该试验用钢的Ms为140℃。等温热处理工艺分别采用:600℃、20min预热，920℃、30min奥氏体化，快冷至(200℃和300℃)等温3h，空冷; 600℃、20min预热，920℃、30min奥氏体化，快冷至200℃等温(15min、1h、3h、22h和109h)，空冷。热处理后试样经磨光、抛光、4%硝酸酒精溶液腐蚀后，采用Nikon EPIPH07-300金相显微镜观察组织;用洛氏硬度计测量钢的等温热处理后的硬度，硬度值取8点的平均值; 冲击试样采用10mm×10mm×55mm的标准U型缺口试样，冲击试验参考GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，在摆锤式冲击试验机对试样的冲击吸收能量进行测定。

　　2 试验结果及分析

　　2.1 等温温度对组织和性能的影响

　　图1为不同等温温度处理3h的试验用钢的显微组织。可以看出，当等温温度为200℃时，试样的显微组织为贝氏体铁素体加奥氏体与残留奥氏体及少量的马氏体。这是由于等温温度不同，贝氏体铁素体及奥氏体中碳的固溶深度不一样，即过冷奥氏体中存在碳的非均匀分布，同时合金奥氏体中存在C-Si偏聚现象。当等温温度较低时，相变驱动力较大，贝氏体铁素体将在过冷奥氏体中的贫碳区大量生核，但是由于温度低，致使碳不能在奥氏体中作长程扩散，因此在200℃等温淬火温度下，贝氏体铁素体转变较充分，组织较细小。当等温温度升高到300℃时，贝氏体铁素体变粗。此时相变驱动力较小，转变成贝氏体铁素体的量减少，残留奥氏体含量增加，这时钢的硬度明显下降，由53.6HRC降为40.4HRC，冲击吸收能量大幅提高，这是由于钢中Si含量较高，在贝氏体铁素体形成过程中能抑制碳化物的形成，使贝氏体周围的残留奥氏体富碳，并使残留奥氏体含量相对较多[8]。