42CrMo钢锻轧材的带状组织

42CrMo钢锻轧材的带状组织摘要:应用金相热处理法研究了42CrMo钢锻轧棒材的带状组织。检验表明，棒材纵向上分布着明显的铁素体+珠光体带状组织。造成带状组织的原因是枝晶偏析。采用1250℃以上锻轧加热+扩散可完全消除带状组织。试验发现，在两相区(F+A)等温也可以避免带状组织出现。关键词:42CrMo;锻轧材;带状组织;偏析合金结构钢锻轧材中经常产生纤维组织或称带状组织，即铁素体珠光体相间分布的带状组织。带状组织使钢的力学性能具有方向性，使钢的横向范性和韧性降低，也使钢的切削性能变坏，表面加工的光洁度降低。最好是完全消除带状组织，但往往有一定困难，因此，生产上要求带状组织≤2级。本文以42CrMo为例，研究了带状组织的形貌，指出了其形成原因，提出了防止措施。1试验用钢试验采用42CrMo钢轧材钢棒，炉号有758，024，647，797，767，776。虽然炉号不同，但成分基本相同。炉号776的成分如表1所示。2带状组织的试验观察将42CrMo钢棒横向切片，制取金相试样，沿着轧向磨光，抛光，硝酸酒精浸蚀，观察带状组织，评定级别。图1为776炉号的锻材的带状组织，可见，铁素体、珠光体呈现带状分布。评定级别为4级。图2为758炉号轧材的组织，没有观察到明显的带状组织。组织中的珠光体数量较多，显然是伪珠光体。这是由于轧后冷却速度较快的缘故。将试样进行完全退火即可显示其带状组织。图3是758，797两个炉号试样进行完全退火后的组织，可见，显示出明显的带状组织。图1776(炉号)钢的带状组织图2锻材(758)组织图342CrMO完全退火后的二次带状组织(a)758的带状组织;(b)797的带状组织图4锻材(776)880℃加热1h的带状组织(a)硝酸酒精浸蚀;(b)CuCl2的试剂浸蚀3带状组织的成因一般认为，带状组织是由于钢锭的枝晶偏析所致。钢水在凝固时，由于选择性结晶，在枝干上的成分较为纯净，而在枝晶间富集了较多的碳、合金元素和磷、硫等杂质。钢锭锻轧变形时枝干和枝晶间被压延而伸长为纤维组织。形成所谓一次带状组织。用含有CuCl2的试剂浸蚀后在显微镜下观察，则会发现肉眼观察时的那些纤维组织经过放大变成了黑白交替的条带称为一次带状组织[1]。黑色条带相当于原树枝状晶的较纯的枝干，白色条带为原来富含合金元素和杂质的树枝间区域。热轧低碳钢、中碳钢在缓冷过程中会出现先共析铁素体和珠光体交替相间的显微组织带状，这些不同的组织是固态相变的产物。这种带状组织称为二次带状。二次带状的形成意味着碳在固态相变中发生了不均匀的重新分布，称为二次碳偏析。一般所谓钢中的带状组织，也即上述观察到的带状组织即为二次带状组织。将具有二次带状组织的热变形钢试样改用含有CuCl2的试剂浸蚀后在显微镜下观察，则显示出一次带状组织。只有在一次带状的基础上才能形成二次带状组织。一次带状难以消除，虽然在高温下或缓冷过程中，碳能够优先达到相对均匀，然而代位原子均匀化十分困难，这些合金元素难以达到均匀状态，尤其碳化物形成元素阻碍碳原子的扩散，实际上碳也难以十分均匀。这就是树枝状偏析能够稳定存在的原因。但是在具有一次带状的热变形钢中可以出现二次带状，也可以不出现二次带状，如图2就没有出现带状组织。控制相变条件就可以控制二次带状组织。将锻材(776)带状组织试样正火，880℃加热1h，空冷，观察带状组织变化，发现带状组织有所减轻，如图4所示。图4(a)为硝酸酒精浸蚀，为二次带状组织，图4(b)为用CuCl2的试剂浸蚀后的一次带状组织。4消除锻轧材带状组织的工艺措施4.1两相区处理为了避免出现带状组织，采用了两相区处理，具体工艺曲线如图5。首先高温奥氏体化，然后，空冷到Ac1稍下(700℃)保温，使过冷奥氏体分解为珠光体组织。然后再缓慢升温到两相区760℃保温，得到奥氏体+铁素体两相。图5两相区处理工艺在两相区，合金元素发生了两相间的再分配[2，3]。由于铁素体中固溶碳很少(0.02%)，故碳原子将向奥氏体中扩散。原珠光体条带区，现已转变为奥氏体，它是原枝晶间，含有较多的合金元素，如Cr，Mo，这些铁素体形成元素将向铁素体中扩散。这样，碳浓度和合金元素发生了重新分配。合金元素分布趋向均匀。由于碳原子与Cr，Mo元素有较强的亲和力，因而碳原子也趋向均匀。从760℃空冷，合金元素来不及扩散，结果不显示明显的带状组织，如图6(a)所示。但按图5曲线1处理后，797试样获得的组织如图6(b)所示，可见仍然有明显得带状组织，仅仅是铁素体和珠光体晶粒更细小而已。4.2高温扩散退火消除带状组织将试样进行扩散退火，即可消除带状组织。取各炉号试样，加热到1250℃，保温，然后炉冷到600℃，出炉空冷。经过金相检验，评定带状组织级别，均为0～1级。铁素体已经聚集，虽然沿着变形方向取向分布，但是，带状不明显，或者没有带状。如图7所示。图6试样797在两相区处理后的金相组织(a)不显示带状;(b)出现明显带状图7锻材扩散退火组织F+P(a)758锻材组织1250℃退火1h;(b)17CrNiMo6钢1300℃加热2h5结论(1)各炉号锻轧材的带状组织级别不同，可达3～5级。锻轧后较快的冷却将使带状组织不明显。(2)消除带状组织最根本的方法是采用1250～1300℃扩散退火。实际上，在锻轧加热时，钢锭或连铸坯在加热炉中，于1250～1300℃，多加热3～5h即可达到消除枝晶偏析的目的。(3)试验发现，在两相区(F+A)等温，通过改变相变条件也可以使带状组织不出现。