铬元素对低碳钢先共析铁素体组织转变的影响

熊伟， 岳旭东

（1.渤海船舶职业学院，辽宁兴城 125105；2.辽宁工业大学，辽宁锦州 121000）

0 引言

低碳钢强度低、硬度低而软，虽易于接受各种加工，但使其使用范围大大受到局限[1-3]。随着工业的发展对低碳钢的性能提出了更高的要求。而碳钢性能主要由先共析铁素体的形态与分布决定[4-5]，故研究先共析铁素体的形态与分布是十分必要的。本文通过大量试验研究铬元素对低碳钢先共析铁素体组织转变的影响；对试验结果进行分析，得出铬含量及温度的变化对碳钢中先共析铁素体形貌的影响规律。

1 试验内容与方法

1.1 试验仪器与设备

中频感应加热炉，箱式电阻炉（RXG-23×50×20型）,线切割机,试样磨抛机（MP-2B型）,金相显微镜（Axiovert-200MAT型）,扫描电镜（S-3000型），洛氏硬度计（HR-150DT型）[6]。

1.2 试验方法

1）炉料的配制。本试验采用原钢（0.15C-Fe）、纯铬原料熔炼获得不同铬含量低碳合金钢铸锭[7]，Cr含量分别为0.4%、0.8%、1.6%。

2）试样切割及编号。将试样取出4段直径为5 mm的圆柱，用车床进行加工；合格后用线切割将圆柱分别截取长度为4～5 mm的小圆柱。试样按成分和热处理方式不同进行分组编号。

3）热处理工艺曲线的确定。为了观察转变组织，保留组织一般都要经过淬火处理，低碳钢的热处理温度一般都在700～900℃；加热至900℃线保温5 min实现完全奥氏体化。

试样随炉升温，当试样加热到900℃时开始保温，按0.5 mm/min的加热速度，试样在900℃保温时间为5 min，然后开始降温。热处理工艺曲线如图1所示。

图1 热处理工艺曲线

4）显微组织观察。试样镶嵌好后，利用砂轮机对试样表面进行粗磨，再用120#～800#金相砂纸进行精磨，然后抛光。无划痕后用4%硝酸酒精对试样进行腐蚀，腐蚀时间为2～4 s[9-11]。在Axiovert 200MT型金相显微镜上观察试样金相组织，并对典型视场拍照。

5）硬度测试。采用HR-150DT型洛氏硬度计。测试时在试样的不同部位测量4点，第一点去掉，剩下的3点取平均值，即为该试样的宏观硬度值（HRC）。

2 试验结果与分析

现以Cr含量为0.8%试样为例分析其对0.15C-Fe钢先共析铁素体组织转变的影响，图2为显微组织图[12-13]。从图可以看出组织主要有马氏体、铁素体、珠光体三种，在不同温度下淬火，所得到的组织含量各不相同。在855℃水淬，得到针状马氏体，组织很细，且马氏体含量较多，还得到残余奥氏体，白色铁素体含量相对较少。在835℃水淬，铁素体的含量明显增多，此时马氏体已经不呈针状，变短，呈圆粒状，并且马氏体的含量相对减少。在785℃水淬，马氏体明显减少，白色铁素体开始呈现明显片状[14]。在755℃水淬，铁素体基体已经呈现整体分布且面积大，而珠光体与少量的马氏体几乎是成点块状分布在铁素体基体上。在785℃水淬，白色铁素体开始呈现连续分布，特别是在755℃时尤为明显；735℃时，珠光体已经很少，呈片状分布在铁素体基体上[15]。可以得出淬火温度越高，组织越细。降温温差越大，开始冷却温度越高，冷速快，越容易形成马氏体。

现以淬火温度785℃为例分析不同Cr含量对0.15CFe钢先共析铁素体组织转变的影响，显微组织图3所示。由图可以看出，Cr含量为0.4%时，马氏体明显减少，铁素体开始呈现连续分布。

图2 Cr含量为0.8%时低碳钢不同温度下显微组织

Cr含量为0.8%时，马氏体明显减少，白色铁素体开始呈现明显片状。Cr含量为1.6%时，马氏体已经几乎看不到了，白色铁素体开始呈现明显片状[16]。可以得出Cr可以提高马氏体形成温度，Cr含量越高，马氏体形成需要的温度越高。

3 结论

通过对试验结果分析得到以下结论：1）相同的铬含量和相同的冷却条件下，冷却速度越大，越容易形成马氏体，组织中马氏体的形成数量增多；2）显微组织主要有马氏体、铁素体、珠光体三种，淬火温度越高，组织越细；3）Cr可以提高马氏体形成温度，Cr含量越高，马氏体形成需要的温度越高。

图3 淬火温度785℃时，不同Cr含量试样显微组织