軋輥用鋼的成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝

1、-作者xxxx-日期xxxx軋輥用鋼的成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝【精品文檔】課程設(shè)計(jì)論文題目：軋輥用鋼的成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝學(xué) 院:理學(xué)院專(zhuān) 業(yè):材料物理學(xué) 號(hào):201007120024學(xué)生姓名:鄭明武指導(dǎo)教師:吳開(kāi)明 張莉芹日 期:軋輥用鋼的成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝摘 要鋼鐵材料是生活中應(yīng)用最為廣泛的材料之一，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)鋼鐵材料的需求與日俱增。而軋輥是軋鋼廠軋鋼機(jī)上的重要零件，因而研究出性能優(yōu)異的軋輥用鋼對(duì)于提高鋼鐵產(chǎn)量及質(zhì)量有著重要意義。本文以常軋輥用鋼60CrNiMo作為例子，通過(guò)改變鋼中的Ni的含量來(lái)探討Ni含量對(duì)60CrNiMo力學(xué)性能的影響，并根據(jù)模擬出的樣品TTT曲線制定出相應(yīng)的

2、熱處理工藝。關(guān)鍵詞： 60CrNiMo Ni 貝氏體 TTT曲線 熱處理工藝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 Stee

3、l Industry, and thus developed 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 t

4、o develop the heat treatment process.Keywords ： 60CrNiMo Ni bainite TTT curve heat treatment process1 文獻(xiàn)綜述前言鋼鐵材料的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模使用，是人類(lèi)發(fā)展史上的一個(gè)光輝里程碑，它把人類(lèi)從石器時(shí)代、銅器時(shí)代帶到了鐵器時(shí)代，推動(dòng)了人類(lèi)文明的發(fā)展。至今鐵仍然是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)，人類(lèi)進(jìn)步所必不可少的金屬材料。而工程鋼是鋼鐵材料中應(yīng)用十分廣泛的鋼種。工程鋼是制造承受載荷的工程結(jié)構(gòu)所用的鋼，也稱(chēng)建筑結(jié)構(gòu)鋼。對(duì)這類(lèi)鋼性能的要求主要是有足夠的強(qiáng)度，以保證在使用過(guò)程中不產(chǎn)生永久變形和破壞。另外，這類(lèi)鋼在使用過(guò)程

5、中常需要切割、 彎曲、 鉚接和焊接，因此還要求有良好的成形性和可焊性。這類(lèi)鋼含碳量一般小于0.30%，大多軋制成一定截面形狀的型鋼（如角鋼、槽鋼、工字鋼、螺紋鋼等）、鋼板和鋼管來(lái)使用，常用于船舶、車(chē)輛、容器、起重運(yùn)輸機(jī)械等工程結(jié)構(gòu)上，在建筑工程中則用于制造橋梁、鋼柱、鋼梁、桁架等。1.2 軋輥簡(jiǎn)介軋輥是使（軋材）金屬產(chǎn)生塑性變形的工具，是決定軋機(jī)效率和軋材質(zhì)量的重要消耗部件。軋輥是軋鋼廠軋鋼機(jī)上的重要零件，利用一對(duì)或一組軋輥滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力來(lái)軋碾鋼材。它主要承受軋制時(shí)的動(dòng)靜載荷，磨損和溫度變化的影響。常用冷軋。熱軋輥常用的材料有55Mn2,55Cr,60CrMnMo,60SiMnMo等，熱軋輥

6、使用在開(kāi)坯，厚板，型鋼等加工中。它承受了強(qiáng)大的軋制力 ，劇烈的磨損和熱疲勞影響，而且熱軋輥在高溫下工作，并且允許單位工作量?jī)?nèi)的直徑磨損，所以不要求表面硬度，只要求具有較高的強(qiáng)度，韌性和耐熱性。熱軋輥只采用整體正火或淬火，表面硬度要求HB190270硬度。影響軋輥使用壽命的因素很多，軋輥的消耗不僅與鋼材產(chǎn)品品種、軋制工藝技術(shù)、軋機(jī)設(shè)備狀況、軋輥選材、軋輥管理水平有關(guān)，還與軋輥的制造技術(shù)、軋輥新材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等因素有關(guān)。1.3 貝氏體的組織和性能貝氏體是鋼在奧氏體化后被過(guò)冷到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以下，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以上這一中溫度區(qū)間(所謂“貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間”)轉(zhuǎn)變而成的由鐵素體及其內(nèi)分布著彌散

7、的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織，即貝氏體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。貝氏體具有較高的強(qiáng)韌性配合。在硬度相同的情況下貝氏體組織的耐磨性明顯優(yōu)于馬氏體，因此在鋼鐵材料中基體組織獲得貝氏體是人們追求的目標(biāo)。根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度的不同，轉(zhuǎn)變溫度的不同，貝氏體可以分為：上貝氏體、下貝氏體，粒狀貝氏體等.1 上貝氏體在貝氏體相變區(qū)較高溫度范圍內(nèi)形成的貝氏體稱(chēng)為上貝氏體。對(duì)于中、高碳鋼來(lái)說(shuō)，上貝氏體大約在350-550的溫度區(qū)間形成。它是由成束的大致平行分布的條狀鐵素體和條間的粒狀或條狀的滲碳體所組成的非片層狀組織，在條狀鐵素體中有位錯(cuò)纏結(jié)存在。典型的上貝氏體組織在光鏡下觀察時(shí)呈羽毛狀、條狀、針狀，少數(shù)呈橢圓形或矩形。影響上貝氏體組織形

8、態(tài)的因素 : 碳含量：隨鋼中碳含量的增加，上貝氏體中的相板條更多、更薄，滲碳體的形態(tài)由粒狀、鏈球狀而成為短桿狀，滲碳體數(shù)量增多，不但分布于相之間，而且可能分布于各相內(nèi)部。形成溫度：隨形成溫度的降低，相變薄，滲碳體細(xì)化且彌散度增大。在含有較多 Si 或Al的鋼中，由于它們具有延緩滲碳體沉淀的作用，使上貝氏體鐵素體條之間的很少沉淀或基本上不沉淀出滲碳體，形成在條狀鐵素體之間夾有殘余奧氏體的上貝氏體組織。 .2 下貝氏體當(dāng)過(guò)冷奧氏體的溫度下降到350至230范圍時(shí)，所形成的產(chǎn)物叫下貝氏體。碳含量低時(shí)，下貝氏體形成溫度有可能高于350。典型的下貝氏體是由含碳過(guò)飽和的片狀鐵素體和其內(nèi)部沉淀的碳化物組成的

9、機(jī)械混合物。下貝氏體的空間形態(tài)呈雙凸透鏡狀，與試樣磨面相交呈片狀或針狀；在光學(xué)顯微鏡下當(dāng)轉(zhuǎn)變量不多時(shí)，下貝氏體呈黑色針狀或竹葉狀，針與針之間呈一定角度。在電子顯微鏡下可以觀察到下貝氏體中碳化物的形態(tài)，它們細(xì)小、彌散，呈粒狀或短條狀，沒(méi)著與鐵素體長(zhǎng)軸成55-65度角取向平行排列。下貝氏體也是一種兩相組織，是由鐵素體和碳化物組成。但鐵素體的形態(tài)及碳化物的分布均不同于上貝氏體。.3 粒狀貝氏體低、中碳合金鋼在正火后、熱軋空冷后或在焊縫熱影響區(qū)中由于連續(xù)冷卻會(huì)得到粒狀貝氏體組織。一些低合金高強(qiáng)度鋼在等溫冷卻處理時(shí)也可以得到粒狀貝氏體組織，但其等溫溫度必須稍高于上貝氏體的形成溫度而又低于珠光體轉(zhuǎn)變溫度。

10、粒狀貝氏體研究不多且比較晚。開(kāi)始時(shí)定義粒狀貝氏體是由較粗大的塊狀(等軸狀)的鐵素體加富碳奧氏體區(qū)組成其中的奧氏體區(qū)一般呈顆粒狀，故此得名為粒狀貝氏體。粒狀貝氏體特征； 大塊狀或條狀的鐵素體內(nèi)分布著眾多小島的復(fù)相組織。過(guò)冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。剛形成時(shí)是由條狀鐵素體合并而成的塊狀鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成，富碳奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中，可能全部保留成為殘余奧氏體；也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物（珠光體或貝氏體）；最可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，部分保留下來(lái)而形成兩相混合物，稱(chēng)為m-a組織。1.4 合金元素的作用軋輥材料在進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的合金元素配比和加入

11、量，可以降低碳含量，以保證鋼的塑性和良好的淬透性、淬硬性。Ni元素的作用為：Ni 鎳是非碳化物形成元素，它完全固溶于基體，提高鋼的淬透性，尤其是與Cr復(fù)合作用效果更好，另外一個(gè)作用是改善韌性。1.5 60CrNiMo的成分60CrNiMo合金鍛鋼軋輥耐磨性較好且裂紋傾向很小,是一種常見(jiàn)軋輥用鋼表1 60CrNiMo成分范圍2 實(shí)驗(yàn)方法及其分析實(shí)驗(yàn)中主要以60CrNiMo錕鋼為例，對(duì)鋼中改變合金中Ni的含量，然后利用JMatpro計(jì)算軟件模擬TTT和CCT曲線，通過(guò)分析所得到的TTT曲線和CCT曲線，分析合金元素對(duì)鋼中各種組織的形成開(kāi)始溫度和終止溫度，對(duì)所得貝氏體組織的轉(zhuǎn)變影響。2.2 利用JM

12、atPro模擬CCT曲線及TTT曲線第一組 成分為：CCrNiMoSiMn所得CCT及TTT曲線如下第二組成分為CCrNiMoSiMn所得CCT及TTT曲線如下第三組成分為CCrNiMoSiMn所得到的CCT及TTT曲線如下2.3 60CrNiMo鋼等溫淬火的熱處理工藝由以上TTT曲線可以看出，三組實(shí)驗(yàn)中貝氏體轉(zhuǎn)變起始溫度為572577，終了溫度約為385389在此溫度區(qū)間內(nèi)都能得到貝氏體。因而可以制定60CrNiMo鋼等溫淬火的熱處理工藝為：將鋼體加熱至850并保溫1h，使之完全奧氏體化，再在油中冷卻至500，保溫3h后再空冷至室溫，這樣就能得到貝氏體組織。相應(yīng)的熱處理工藝圖如下時(shí)間下圖為在

13、金相顯微鏡下觀察到的樣品的組織結(jié)構(gòu)圖圖中可以觀察到針狀和竹葉狀的貝氏體，可根據(jù)照片中貝氏體的形態(tài)來(lái)適當(dāng)調(diào)整熱處理工藝。 抗拉強(qiáng)度的計(jì)算本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變Ni的含量來(lái)研究Ni對(duì)60CrNiMo鋼性能的影響，三組試樣成分見(jiàn)下表，根據(jù)不同的成分計(jì)算其抗拉強(qiáng)度的理論值 表2 三種不同成分的60CrNiMo鋼CCrNiMoSiMnP計(jì)算軋輥用鋼的經(jīng)驗(yàn)公式為：b=27+50CM三組不同成分按上式計(jì)算出的理論抗拉強(qiáng)度分別為97.2MP，97.45MP，97.95MP，可以看出隨著Ni含量的增加，樣品的抗拉強(qiáng)度逐漸增大。3 結(jié)論本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬出不同Ni含量60CrNiMo的TTT及CCT曲線，研究Ni含量對(duì)60C

14、rNiMo軋輥鋼性能的影響， 可以得出60CrNiMo軋輥鋼的抗拉強(qiáng)度隨著Ni含量的增加而增大。參考文獻(xiàn) 1 方鴻生， 薄祥正， 鄭燕康；，黃進(jìn)峰 貝氏體組織貝氏體鋼 金屬熱處理1998年第11期2 李繼紅1，李巖1，2，張海存2，支金花2，張敏1 回火溫度對(duì)40CrNiMo7 鋼組織與性能的影響 金屬熱處理 第36卷，第七期 2009 3 宋飛 王春雷 CrNiMo鋼鍛造與熱處理 東方電機(jī) 2006年第6期，4 R. Bakhtiari, A. Ekrami. The effect of bainite morphology on the mechanical properties of a high bainite dual phase (H