3CrMnMoVS钢连续冷却下的金相组织

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1992.03.023 第14卷第3期 北京科技大学学报 Vol.14 No.3 1992年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 1992 3 CrMnMo VS钢连续冷却下的金相组织 沈宝莲”孙祖庆·余永宁· 摘要：测定了3 Cr MnMoVS钢过冷奥氏体连冷却转变曲线(CCT曲战)，并利用CCT 曲线着重分析该钢在中等冷速(200一1000℃/h)下连铁冷却后的光学和薄陕金相组织。结 果表明，在冷却速度大于0.72℃s条件下莲续冷却，金相组织主要是板条马氏体。空冷条 件下，其金相组织主要是中温转变产物：B粒+B上+B下的精细混合组织，且基体上弥散 分布细小颗拉状VC。 关健词：CCT曲线，塑料模具钢，冷却速度，贝氏体 Microstructure Analysis of 3CrMnMoVS Steel in a Continuous Cooling Condition Shen Baolian'Sun Zuging'Yu Yongning' ABSTRACT:The CCT curve of 3CrMnMoVS steel has been mersured,and it is used to analyse the optical and electron-microstructure of the steel,which was continuouslly cooled at a moderate cooling rate of 200-1000C/h.The marphology observation and electron diffraction analysis show that under the cooling rate greater than 0.72C/s the microstructure mainly consists of lath matensite,in coutrast after air cooling the morphology indicates the product of intermediate temperature,e.g.the fine mixed structure of B+Bu+B:with a few dispersive vC in it, KEY WORDS:CCT curve,plastic mould steel,cooling rate,bainite 3 CrMnMoVS钢是一种新型塑料模具用钢，使用硬度为HRC-36~42,是通过热锻后空冷 而达到。钢中含有一定的硫化物，使钢在此硬度范围内仍有良好的切削加工性能，而且模具 1991-09-20收稿 "材料科学与工程系(Department of Materials Science and Engincering) 323

结 卷结 期 今 年 月 北 京 料 技 大 学 学 报 。 付 ” 钢 连续冷却 一 ’ 的金相组织 沈 宝 莲 ’ 孙祖庆 ‘ 余永宁 ‘ 摘 要 侧 定了 。 钢 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 曲线 ，并利 用 曲线着重分析该钢在 中等冷速 。 。 一 ℃ 下连续冷却后的光学和 薄 膜金相 组 织 。 结 果表明 ， 在冷却速 度大于 。 。 ℃ 条件下连续冷却 ， 金相组织主要是板 条马 氏体 。 空 冷 条 件下 ， 其金相组织 主要是中沮转变产物 粒 十 上 下 的精 细 混 合组 织 ， 且基体上 弥 散 分布细小颖拉状 。 关 镇 词 曲线 ， 塑 料模具钢 ， 冷却速度 ， 贝 氏体 卜 “ 若 犷 ” ， 。 一 ， “ 一 ℃ 丫 。 ℃ ， 到 住 ， 一 。 ， 让 ， 一 ， 钢是一种 新型塑料模具用 钢 ，使用 硬度为 一 ， 是通过 热锻后 空冷 而达到 。 钢中含有一定的硫化物 ， 使钢在此硬度范围内仍有 良好的切削加工性能 ， 而且模具 一 一 收稿 材料科学与工程系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．03．023

从坯料、成型到使用，一般不要进行任何热处理就能满足中小型精密塑料模具的要求。因 此作为一种模具钢有着许多优点。 但是，该钢在使用状态下的金相组织较为复杂。为了深入认识该钢的金相组织和相变规 律，为合理制订热锻工艺提供依据，本文测定了该钢的动力学CCT曲线，并对不同冷却速 度下的金相组织进行了较全面地观察和分析。 1试验材料和方法 (1)试验材料3 CrMnMoVS钢是采用非真空感应炉冶炼，经电渣重熔。化学成分 为(%)：0.35C,0.26Si,1.34Mn,0.02P,0.138S,1.45Cr,0.05Ni,0.40Mo,0.11V。 热最后的板料和棒料截面尺寸分别为125mm×95mm和中28mm。测量CCT曲线的膨胀试 样从中28mm的棒材上截取。为进一步了解该钢在中等冷却速度条件下的精细金相组织，在 板料中截取试样，经900℃正火（硬度HRC÷40)作金相组织的观察和分析。 (2)试验方法使用日产Formastor-Digital全自动相变仪，选择11种不同冷却速度， 刻出相变点，获得CCT曲线。 在HV-10A型低负荷维氏硬度计上测定各种冷却速度下膨张试样的维氏硬度。 采用Neophot I金相显微镜进行光学金相组织观察，用H-800电镜200kV下进行薄膜、 复型金相观察和相分析。 2试验结果 (1)相变点和CCT曲线考虑3 CrMnMoVS钢在900C正火条件下使用有利于进一步改 表1不同冷速下相变点及硬度 Table 1 Phase transformation point and hardness at differential cooling rate 喜 冷速 M8 Mt ℃/5，（℃/h) HV HRC 1 18 一 310 160 549 53 2 310 160 549 53 3 3,6 309 159 549 53 早 1.8 311 132 549 53 5 1.2 335 305 190 549 53 6 0.72 383 290 200 53 53 0.42 (1600) 405 290 473 8 0.28 (1000) 420 606 386 40 9 0.14 666 415 (500) 35 386 40 10 0.06 (e00) 686 455 312 362 36 11 0.03 (100) 695 223 324

从坯料 、 成型到使用 ， 一般不要进行任何热处理 就能 满足 中小型精密塑料模 其的 要 隶 。 因 此作为 一种 模具钢有着许多优点 。 但是 ， 该 钢在使用 状态下的 金相 组 织较 为 复杂 。 为 了深人认 识该钢的 金相 组 织和相 变规 律 ， 为 合理制订 热锻工 艺提 供依据 ， 本 文测定 了该 钢的 动 力学 曲线 ， 并对 不 同 冷 却 速 度下的金相组 织进行 了较 全面地观察和分析 。 试验材料和方法 试验 材料 钢是采用非真 空感应炉 冶 炼 ， 经 电 渣 重 熔 。 化 学 成 分 为 纬 。 ， 。 ， 。 ， ， 。 ， 。 ， 。 ， 。 ， 。 。 热 锻后的板料和棒料截面尺寸分别为 和 中 。 侧 量 曲 线 的 膨 胀 试 样从小 的 棒材上 截取 。 为进一步 了解该钢在 中等冷却速度条 件下的 精细金 相 组 织 ， 在 板料中截取试样 ， 经 ℃ 正火 硬度 乏 作金相 组 织的 观察和分析 。 试验方法 使用 日产 一 全 自动相 变仪 ， 选择 种不 同 冷 却速 度 ， 侧 出相 变 点 ， 获得 曲线 。 在 一 型 低负荷维 氏硬 度计上测定各种 冷却速度下膨胀试样的 维 氏硬度 。 采用 金相 显 微镜进 行光学金相组织观察 ， 用 一 电镜 下进行薄膜 、 复型金相 观察和相分析 。 试 验 结 果 相变点和 曲线 考虑 钢在 ℃ 正火条 件下使 用有利 于进一 步 改 表 不 同冷速 下相 变点及硬度 序 号 冷 速 ℃ ， ℃ 令 全 是 笔 “ 兰 ， 川一 一一 翔姗 岛一邪 。 。 洲卜川习，八廿饰 、东︸ 一 。 一 。 ‘ 。 一 ‘ ‘ ‘ ‘ 曰 曰 曰 一 －一 一口月 ‘

善切削加工性，因此奥氏体化温度选用900℃，晶粒度为7~8级。测得Ac1,Ac3分别为745℃ 和820℃. 各种不同冷却速度测得的相变点如表1所列，CCT曲线如图1所示。 ex=80℃ 800 -173 700 600 500 和 400 Ms=310℃ 300 A+M 200M169 100 0 0.51 10 702 103 104,105 一 t/s 图13 CrMaMoVS钢的CCT曲线 Fig.1 The CCT curves of 3CrMnMoVS steel (2)硬度测定硬度测定结果如表1中所示。当冷却速度≥0.72℃s时，维氏硬度没有 变化，冷却速度≤0.14℃/s才有明显下降。 (3)金相组织分析不同冷却速度试样的光学金相、薄膜金相和复型金相组织概括起来 分别为： 冷速：<1.2℃/s,0.42~1.2℃/s,1000~1500℃/h,≥500℃/h,≥200℃1h,<100℃jh 组织M+ArM+B下 B上+B下+M B上+B下F+B粒 F+P +B粒+F+M+B上+B下 3 试验结果分析 3 CrMnMoVS钢在冷却速度>1.2℃/s时，金相组织主要是板条马氏体。当冷却速度≤ 0.03℃/s时，金相组织为先共折铁素体和珠光体。冷却速度在0.03一1.2℃/s之间，连续冷 却过程中都发生了中温转变。总之，对于大多数低、中碳合金钢来说，连续冷却过程的中温 转变产物是比较复杂的，一般很难用光学金相分辩清楚。为此，根据钢的冷却速度一金 相组织一硬度之间的关系1)，采用硬度(HRC)分别为36、40的空冷、正火板材制作薄膜 试样，进行中祖转变的组织透射电镜观察和分析。 325

从坯料 、 成型到使用 ， 一般不要进行任何热处理 就能 满足 中小型精密塑料模 其的 要 隶 。 因 此作为 一种 模具钢有着许多优点 。 但是 ， 该 钢在使用 状态下的 金相 组 织较 为 复杂 。 为 了深人认 识该钢的 金相 组 织和相 变规 律 ， 为 合理制订 热锻工 艺提 供依据 ， 本 文测定 了该 钢的 动 力学 曲线 ， 并对 不 同 冷 却 速 度下的金相组 织进行 了较 全面地观察和分析 。 试验材料和方法 试验 材料 钢是采用非真 空感应炉 冶 炼 ， 经 电 渣 重 熔 。 化 学 成 分 为 纬 。 ， 。 ， 。 ， ， 。 ， 。 ， 。 ， 。 ， 。 。 热 锻后的板料和棒料截面尺寸分别为 和 中 。 侧 量 曲 线 的 膨 胀 试 样从小 的 棒材上 截取 。 为进一步 了解该钢在 中等冷却速度条 件下的 精细金 相 组 织 ， 在 板料中截取试样 ， 经 ℃ 正火 硬度 乏 作金相 组 织的 观察和分析 。 试验方法 使用 日产 一 全 自动相 变仪 ， 选择 种不 同 冷 却速 度 ， 侧 出相 变 点 ， 获得 曲线 。 在 一 型 低负荷维 氏硬 度计上测定各种 冷却速度下膨胀试样的 维 氏硬度 。 采用 金相 显 微镜进 行光学金相组织观察 ， 用 一 电镜 下进行薄膜 、 复型金相 观察和相分析 。 试 验 结 果 相变点和 曲线 考虑 钢在 ℃ 正火条 件下使 用有利 于进一 步 改 表 不 同冷速 下相 变点及硬度 序 号 冷 速 ℃ ， ℃ 令 全 是 笔 “ 兰 ， 川一 一一 翔姗 岛一邪 。 。 洲卜川习，八廿饰 、东︸ 一 。 一 。 ‘ 。 一 ‘ ‘ ‘ ‘ 曰 曰 曰 一 －一 一口月 ‘

从CCT曲线可知硬度HRC为36的空冷试样其冷却速度相应为200℃/h。从光学金相照片 中可见少量先共析铁素体沿原奥氏体晶界呈块状析出。被浸蚀黑的部分为细片状珠光体（屈氏 体)。贝氏体没有典型上贝、下贝的形态得征，而是成颗粒状的相分布在基体中，通常被称为 粒状贝氏体。从复型金相照片看，粒状贝氏体中的小岛形貌和分布特征与已发表的低碳及 中碳低合金钢连续冷却得到组织相一致(2]。从薄膜金相照片中还观察到少量的上贝氏体和 下贝氏体存在。 硬度HRC为40的正火试样，共冷却速度介于(500~1000)℃/h之间，从光学金相照片上 观察到组织中除有少量高温先共析铁素体外，主要是贝氏体，此外还可以看到一些难以分辩 的灰色组织，它与文献〔3)介绍的灰雾铁素体极相似（见图2）。衍射谱标定证实是铁素体基 体及其中弥散析出的Fe3C相（见图3）。 图2光学金相图 图3薄膜金和铁素体中的沉淀相（明场） F+B粒+B上+B下 Fig.3 Electron-micrograph Fig.2 Photo-micrograph precipitate in ferrite(bright) F+Bg+Bu+B1 薄膜金相观察其贝氏体组织较为复杂，主要由尺寸<4“的上贝、下贝、粒贝及一些黑 色块状物组成的混合组织（见图4a)。电子衍射表明这些黑色块状物分别为板条马氏体和孪 品马氏体及上贝、下贝氏体（见图4b,图4C)。由于钢中含有V元素，从薄膜金相观察到铁 素体基体中分布着弥散的VC颗粒。 b 图1海膜金相图 Fig.4 Electron-micrograph 326

从 曲线 可知 硬度 为 的空冷试样其冷却速度相应为加。 ℃ 。 从光学金相照片 中可见 少 量先 共析铁 素体 沿原 奥氏体 晶界呈块 状析 出 。 被浸蚀 黑的部分为 细 片状珠 光体 屈 氏 体 。 贝 氏体 没 有典型 上 贝 、 下 贝的 形态 侍征 ， 而 是 成颗 粒状的 相分布 在 基体 中 ， 通 常被称为 粒状 贝 氏体 。 从 复型金相 照片 看 ， 粒状 贝 氏 沐中的 小 岛形貌 和分布 特 征与 已发 表 的 低 碳 及 中碳 低合金钢 连续 冷 却 得到组 织 相一致 〔 〕 。 从 薄膜 金相 照片 中还观 察 到 少量 的 上 贝 氏 体 和 下 贝 氏体存在 。 硬 度 为 的 正火试 样 ， 其 冷 却 速度 介于 。 一 ℃ 之 间 ， 从 光 学金 相 照片上 观 察到组 织中除有 少量 高温先 共析铁 素体外 ， 主要 是 贝 氏体 ， 此 外还可 以看 到一 些 难以分 辩 的 灰 色组 织 ， 它 与 文献 〔 〕 介绍 的 灰雾铁 素体极相 似 见 图 忿 。 衍射谱 标定 证实是 铁 素体基 体及其 中弥 散析 出的 相 见 图 。 图 光学金相 图 粒 上 下 一 图 薄膜金 扣铁素体 中的 沉 淀相 明场 一 薄膜 金相 观 察其 贝 氏体 组 织较 为 复杂 ， 主要 由尺 寸 阳 的上 贝 、 下 贝 、 粒 贝及 一 些 黑 色块 状物 组 成的 混 合组 织 见 图 。 电子 衍射 表 明这些 黑色块 状物分别 为板 条马 氏体和李 晶马 氏体及 上 贝 、 下贝 氏体 见 图 ， 图 。 由于 钢中含有 元 素 ， 从 薄膜 金相观察到铁 素体基体中分 布着弥 散的 颗 粒 。 图 咬 薄膜 金 相 图 一

4结 论 (1)3 CrMnMoVS钢在冷却速t>0.72℃/s下连续冷却，其硬度不随冷却速度而改变。 金相组织主要是板条马氏体。 (2)该钢经空冷后，硬度HRC为35~40时，其金相组织主要是中温转变产物：B粒+ B上+B下的精细混合组织，且铁素体基体上弥散分布细小颗粒状VC,因此，该钢在空冷条 件下不要再经淬火一回火，便有之好的强粉性配合， 参考文献 1章守华。合金钢，：北京：治金工业出版社，1981：74 2康沫汪，管敦惠等。理化检验物理分册，1979，(5)：4 3俞德刚，郑经雄等.金属学报，1983,10(5)：375 用bM克bP只心小●0氏内edos装近rt心ad心心e.角0心喻 锰基合金热力学行为及其脱磷的研究 本研究采用了简易线形密封高温反应釜对高挥发性强还原剂的热力学平衡进行测定，首 次获得了高温下钙在锰中的溶解度及锰液中第三元素对钙的活度相互作用系数，钙的溶解自 由能，金属钙对锰基合金还原脱磷的实验结果。同时用溶解平衡的方法获得了锰液中磷在锰 中的溶解度和第三元素对碳的活度相互作用系数，碳的溶解自由能等研究成果。 实验中所采用的高温密闭釜是一种新的实验装置，它为在高温下进行儿个高挥发，易氧 化金属在金属液中热力学平衡测定提供了窃为经济实用的方法。它不仅解决了在仪器设备困 难的条件下进行特殊体系的热力学参数测定的问题，而且获得了采用克努曾法、气流携带法 等测量中所无法获得的数据，测得了在更为接近实际应用条件下的热力学参数。 (1)研究中对实验数据进行了一种新的计算方法。它为从较少的实验数据获得更多的热 力学参数提供了新的计算方法。 (2)对锰基合金氧化、还原两种方法脱磷进行了较为全面深入的研究，是目前较为全面 和深入的对有关此类问题的研究。 (3)开辟了治金热力学的新领域，促进了治金热力学的全面发展。同时对生产锰基合金 的关键问题“如何去除杂质磷”给出了理论分析和较系统的研究结果。它为充分利用我国的 锰矿资源开辟了广阔的前景，对提高钢产品质量，发展我国的钢铁工业有着重要和深远的意 义。 327

结 论 钢 生冷 却速 曦 ℃ 坛下连 续 冷却 ， 其硬度不随冷却速度而 改 变 。 金相 组 织 主要 是 板 条马 氏体 。 该钢经空冷后 ， 硬度 为 一 时 ， 其 金相 组 织主要是 中温 转 变 产 物 粒 上 十 下 的精细 混 合组 织 ， 且铁素 本基 体上 弥 散 分 布 细小颗 粒状 。 因此 ， 该 钢 在空冷 条 件 下不 要 再经淬火 － 回 火 ， 便 育呀交好的强 韧性 配 合 。 参 考 文 献 章守华 合金 钢 北京 冶 金工业 出版社 ， 康 沫 汪 ， 管敦 惠 等 。 理 化检验物 理分 册 ， ， 俞德 刚 ， 郑 经 雄等 金属学报 ， ， 锰基合金热 力学行为及其脱磷的研究 本研究采 用 了简易线 形密封高温反应釜对 高挥发性强还原 剂的 热力学平衡进行侧定 ， 首 次获 得 了高温下钙在锰 中的溶解度及锰 液中第三元素对钙的 活度相互作用 系数 ， 钙的溶解 自 由能 ， 金 属钙对 锰 基 合金还原脱磷的 实验 结果 。 同 时用 溶解平衡的方法获得 了锰液中磷在锰 中的 溶解度和第三元素对 碳的 活度相 互作用系数 ， 碳的 溶解 自由能等研究成果 。 实验 中所采 用的高温密闭釜 是一种新 的实验装置 ， 它为在高温下进行几个高挥发 ， 易氧 化金属在金属 液 中热力学平衡侧定提 供 了较为经济 实用 的方法 。 它不仅解决 了在仪器 设备 困 难的 条件下进行特殊体系的 热力 学 参数测定的 问题 ， 而且获 得 了采 用克努 曾法 、 气流携带法 等测量中所 无法 获得的数 据 ， 测得 了在更为接近实际 应用 条件下的 热力学参数 。 研究中对实验数据进 行 了一种新的计算方法 。 它 为从较少的 实验数 据获 得更多的 热 力 学参数提 供 了新的 计算方法 。 对锰基合金氧化 、 还原两种 方法 脱磷进行 了较为 全面 深人的研究 ， 是 目前较 为 全面 和深人的对有 关此 类问题 的研究 。 开辟 了冶金 热力学的新领域 ， 促进 了冶金 热力 学的 全面发展 。 同时对生产锰基 合金 的 关键问题 “ 如何去除杂质 磷 ” 给 出 了理 论分 析和较系统 的 研究结果 。 它为 充分 利用我国的 锰矿资源开辟 了广 阔的前景 ， 对提高钢产 品质 量 ， 发 展我 国的 钢铁工业有着重要和深远的意 义