轧辊用钢的成分设计及生产工艺

1、课程设计论文题目：轧辊用钢的成分设计及生产工艺学 院:理学院专 业:材料物理学 号:201007120024学生姓名:郑明武指导教师:吴开明 张莉芹日 期:2013.6.25轧辊用钢的成分设计及生产工艺摘 要钢铁材料是生活中应用最为广泛的材料之一，随着现代工业的发展，社会对钢铁材料的需求与日俱增。而轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，因而研究出性能优异的轧辊用钢对于提高钢铁产量及质量有着重要意义。本文以常轧辊用钢60CrNiMo作为例子，通过改变钢中的Ni的含量来探讨Ni含量对60CrNiMo力学性能的影响，并根据模拟出的样品TTT曲线制定出相应的热处理工艺。关键词： 60CrNiMo Ni 贝氏

2、体 TTT曲线 热处理工艺AbstractSteel is the one of the most widely used material in our daily life. With the development of modern industry, society's increasing demand for steel materials is growing with each passing day. The rolling rolls are the important parts in Iron and Steel Industry, and thus deve

3、loped the great performance steel for steel industry having great significance to improve the quality of the stell. In this paper, we changing the Ni content in the steel to investigate the mechanical properties of Ni content on 60CrNiMo effects ,and we simulated TTT curve to develop the heat treatm

4、ent process.Keywords ： 60CrNiMo Ni bainite TTT curve heat treatment process1 文献综述1.1前言钢铁材料的发现和大规模使用，是人类发展史上的一个光辉里程碑，它把人类从石器时代、铜器时代带到了铁器时代，推动了人类文明的发展。至今铁仍然是现代化学工业的基础，人类进步所必不可少的金属材料。而工程钢是钢铁材料中应用十分广泛的钢种。工程钢是制造承受载荷的工程结构所用的钢，也称建筑结构钢。对这类钢性能的要求主要是有足够的强度，以保证在使用过程中不产生永久变形和破坏。另外，这类钢在使用过程中常需要切割、 弯曲、 铆接和焊接，因此还要

5、求有良好的成形性和可焊性。这类钢含碳量一般小于0.30%，大多轧制成一定截面形状的型钢（如角钢、槽钢、工字钢、螺纹钢等）、钢板和钢管来使用，常用于船舶、车辆、容器、起重运输机械等工程结构上，在建筑工程中则用于制造桥梁、钢柱、钢梁、桁架等。1.2 轧辊简介轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。常用冷轧。热轧辊常用的材料有55Mn2,55Cr,60CrMnMo,60SiMnMo等，热轧辊使用在开坯，厚板，型钢等加工中。它承受了强大

6、的轧制力 ，剧烈的磨损和热疲劳影响，而且热轧辊在高温下工作，并且允许单位工作量内的直径磨损，所以不要求表面硬度，只要求具有较高的强度，韧性和耐热性。热轧辊只采用整体正火或淬火，表面硬度要求HB190270硬度。影响轧辊使用寿命的因素很多，轧辊的消耗不仅与钢材产品品种、轧制工艺技术、轧机设备状况、轧辊选材、轧辊管理水平有关，还与轧辊的制造技术、轧辊新材料的开发应用等因素有关。1.3 贝氏体的组织和性能贝氏体是钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织，即贝氏体转变的产物

7、。贝氏体具有较高的强韧性配合。在硬度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体，因此在钢铁材料中基体组织获得贝氏体是人们追求的目标。根据转变温度的不同，转变温度的不同，贝氏体可以分为：上贝氏体、下贝氏体，粒状贝氏体等1.3.1 上贝氏体在贝氏体相变区较高温度范围内形成的贝氏体称为上贝氏体。对于中、高碳钢来说，上贝氏体大约在350-550的温度区间形成。它是由成束的大致平行分布的条状铁素体和条间的粒状或条状的渗碳体所组成的非片层状组织，在条状铁素体中有位错缠结存在。典型的上贝氏体组织在光镜下观察时呈羽毛状、条状、针状，少数呈椭圆形或矩形。影响上贝氏体组织形态的因素 : 碳含量：随钢中碳含量的增

8、加，上贝氏体中的相板条更多、更薄，渗碳体的形态由粒状、链球状而成为短杆状，渗碳体数量增多，不但分布于相之间，而且可能分布于各相内部。形成温度：随形成温度的降低，相变薄，渗碳体细化且弥散度增大。在含有较多 Si 或Al的钢中，由于它们具有延缓渗碳体沉淀的作用，使上贝氏体铁素体条之间的很少沉淀或基本上不沉淀出渗碳体，形成在条状铁素体之间夹有残余奥氏体的上贝氏体组织。 1.3.2 下贝氏体当过冷奥氏体的温度下降到350至230范围时，所形成的产物叫下贝氏体。碳含量低时，下贝氏体形成温度有可能高于350。典型的下贝氏体是由含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物。下贝氏体的空间形态呈

9、双凸透镜状，与试样磨面相交呈片状或针状；在光学显微镜下当转变量不多时，下贝氏体呈黑色针状或竹叶状，针与针之间呈一定角度。在电子显微镜下可以观察到下贝氏体中碳化物的形态，它们细小、弥散，呈粒状或短条状，没着与铁素体长轴成55-65度角取向平行排列。下贝氏体也是一种两相组织，是由铁素体和碳化物组成。但铁素体的形态及碳化物的分布均不同于上贝氏体。1.3.3 粒状贝氏体低、中碳合金钢在正火后、热轧空冷后或在焊缝热影响区中由于连续冷却会得到粒状贝氏体组织。一些低合金高强度钢在等温冷却处理时也可以得到粒状贝氏体组织，但其等温温度必须稍高于上贝氏体的形成温度而又低于珠光体转变温度。粒状贝氏体研究不多且比较晚

10、。开始时定义粒状贝氏体是由较粗大的块状(等轴状)的铁素体加富碳奥氏体区组成其中的奥氏体区一般呈颗粒状，故此得名为粒状贝氏体。粒状贝氏体特征； 大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a组织。1.4 合金元素的作用轧辊材料在进行合金化设计时，选择合理的合金元素配比和加入量，可以降低碳含量，以保证

11、钢的塑性和良好的淬透性、淬硬性。Ni元素的作用为：Ni 镍是非碳化物形成元素，它完全固溶于基体，提高钢的淬透性，尤其是与Cr复合作用效果更好，另外一个作用是改善韧性。1.5 60CrNiMo的成分60CrNiMo合金锻钢轧辊耐磨性较好且裂纹倾向很小,是一种常见轧辊用钢表1 60CrNiMo成分范围2 实验方法及其分析2.1实验原理其方法实验中主要以60CrNiMo锟钢为例，对钢中改变合金中Ni的含量，然后利用JMatpro计算软件模拟TTT和CCT曲线，通过分析所得到的TTT曲线和CCT曲线，分析合金元素对钢中各种组织的形成开始温度和终止温度，对所得贝氏体组织的转变影响。2.2 利用JMatP

12、ro模拟CCT曲线及TTT曲线第一组 成分为：CCrNiMoSiMn 0.60.851.60.250.250.8所得CCT及TTT曲线如下第二组成分为CCrNiMoSiMn0.60.851.650.250.250.8所得CCT及TTT曲线如下第三组成分为CCrNiMoSiMn0.60.851.750.250.250.8所得到的CCT及TTT曲线如下2.3 60CrNiMo钢等温淬火的热处理工艺由以上TTT曲线可以看出，三组实验中贝氏体转变起始温度为572577，终了温度约为385389在此温度区间内都能得到贝氏体。因而可以制定60CrNiMo钢等温淬火的热处理工艺为：将钢体加热至850并保温1

13、h，使之完全奥氏体化，再在油中冷却至500，保温3h后再空冷至室温，这样就能得到贝氏体组织。相应的热处理工艺图如下时间2.4贝氏体金相图下图为在金相显微镜下观察到的样品的组织结构图图中可以观察到针状和竹叶状的贝氏体，可根据照片中贝氏体的形态来适当调整热处理工艺。2.5 抗拉强度的计算本实验通过改变Ni的含量来研究Ni对60CrNiMo钢性能的影响，三组试样成分见下表，根据不同的成分计算其抗拉强度的理论值 表2 三种不同成分的60CrNiMo钢CCrNiMoSiMnP0.600.851.700.200.300.800.030.600.851.850.200.300.800.030.600.851

14、.900.200.300.800.03计算轧辊用钢的经验公式为：b=27+50CMCM=1+0.5(C-0.20)C+0.15Si+0.125+0.25(C+0.20)Mn+1.25-0.5(C-0.20)P+0.20Cr+0.10Ni三组不同成分按上式计算出的理论抗拉强度分别为97.2MP，97.45MP，97.95MP，可以看出随着Ni含量的增加，样品的抗拉强度逐渐增大。3 结论本实验通过模拟出不同Ni含量60CrNiMo的TTT及CCT曲线，研究Ni含量对60CrNiMo轧辊钢性能的影响， 可以得出60CrNiMo轧辊钢的抗拉强度随着Ni含量的增加而增大。参考文献 1 方鸿生， 薄祥正， 郑燕康；，黄进峰 贝氏体组织贝氏体钢 金属热处理1998年第11期2 李继红1，李岩1，2，张海存2，支金花2，张敏1 回火温度对40CrNiMo7 钢组织与性能的影响 金属热处理 第36卷，第七期 2009 3 宋飞 王春雷 CrNiMo钢锻造与热处理 东方电机 2006年第6期，4 R. Bakhtiari, A. Ekrami. The effect of bainite morphology on the mechanical properties of a high bain