楊秀霞 李 俊 孫格平 朱學(xué)剛 袁乃博

(1.中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北054025；2.軋輥復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北054025)

隨著現(xiàn)代化軋機(jī)的高速發(fā)展，對(duì)冷軋輥性能的要求越來越嚴(yán)苛，要求高耐磨性、良好的輥型保持能力、抗輥印能力等。對(duì)于鍛造軋輥來說，為提高其綜合性能，晶粒細(xì)化是一種有效手段。因?yàn)榻饘俨牧显跓峒庸み^程中和熱加工后會(huì)產(chǎn)生一定程度的加工硬化，但同時(shí)金屬材料自身會(huì)在變形過程中產(chǎn)生一定的軟化機(jī)制，包括動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶。發(fā)生回復(fù)的金屬軟化程度有限，發(fā)生再結(jié)晶的金屬通過內(nèi)部的高位錯(cuò)密度誘發(fā)再結(jié)晶晶粒形核，大量位錯(cuò)的消失帶來較高程度的軟化，同時(shí)內(nèi)部晶粒得到充分細(xì)化。因此鍛造過程中有效利用再結(jié)晶機(jī)制，可以獲得良好的晶粒結(jié)構(gòu)，提高軋輥的綜合使用性能。

1 試驗(yàn)材料及方法

本試驗(yàn)所用的鋼為Cr5鍛鋼冷軋輥材質(zhì)，熱模擬試驗(yàn)在Gleeble3500試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試樣規(guī)格為?10 mm×15 mm。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。試驗(yàn)過程如圖1所示。變形結(jié)束后水冷，經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后采用研究級(jí)Zeiss金相顯微鏡觀察其晶粒度。

表1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)Table 1 Test parameters design

圖1 試驗(yàn)工藝過程Figure 1 Test process

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2所示為在應(yīng)變速率為1 s-1的不同溫度、不同應(yīng)變量下進(jìn)行變形的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線?？梢钥闯觯瞬馁|(zhì)的高溫強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低，800℃、應(yīng)變量40%條件下的抗壓強(qiáng)度為320 MPa，而1000℃、應(yīng)變量40%條件下的抗壓強(qiáng)度為115 MPa，強(qiáng)度降低了64%。而同一溫度下，應(yīng)變量對(duì)材料抗壓強(qiáng)度的影響并不大，如1000℃、應(yīng)變量40%的強(qiáng)度為115 MPa，1000℃、應(yīng)變量60%的強(qiáng)度為119 MPa，差距并不顯著。

圖2 應(yīng)變速率為1 s-1的不同溫度、不同應(yīng)變量的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線Figure 2 True strain-stress curve of different temperature and strain amount when strain rate is 1 s-1

對(duì)于再結(jié)晶過程來說，一般可以從真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線上是否出現(xiàn)“臺(tái)階”來判斷是否發(fā)生了再結(jié)晶現(xiàn)象，因?yàn)閼?yīng)力應(yīng)變曲線上顯示的是形變產(chǎn)生的“硬化”和再結(jié)晶產(chǎn)生的“軟化”的結(jié)合，未發(fā)生再結(jié)晶、只存在形變產(chǎn)生的“硬化”作用，則應(yīng)力應(yīng)變曲線是一條呈上升趨勢(shì)的曲線。若發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，并且進(jìn)行到一定程度時(shí)其產(chǎn)生的“軟化”會(huì)超過形變的“硬化”作用，在應(yīng)力應(yīng)變曲線上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下降的臺(tái)階，通常應(yīng)力應(yīng)變曲線上的“臺(tái)階”現(xiàn)象被認(rèn)為是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的明顯特征。

圖3所示為Cr5鍛鋼工作輥經(jīng)不同溫度、不同應(yīng)變量變形后的金相照片。從圖3來看，除圖3(f)外，均不具有動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的顯著特征，說明圖3(a)～圖3(e)明顯未發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶或未完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，需金相進(jìn)一步確認(rèn)。

可以看出，應(yīng)變量為40%時(shí)，800℃、900℃均沒有生成細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，說明沒有再結(jié)晶發(fā)生，1000℃下在原奧氏體晶界處產(chǎn)生了細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，說明隨著溫度升高，再結(jié)晶程度增加。應(yīng)變量為60%時(shí)，800℃、900℃下并沒有發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，但出現(xiàn)了大量的孿晶線，為再結(jié)晶形核奠定了有利的基礎(chǔ)，1000℃形成了大量的細(xì)小再結(jié)晶晶粒，數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過變形量為40%的情況，說明隨著變形量的增加，再結(jié)晶程度增大。

3 結(jié)論

(1)應(yīng)變速率為1 s-1時(shí)，變形溫度1000℃、應(yīng)變量為40%和60%的變形條件下發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成了細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，變形溫度為800℃和900℃時(shí)并沒有產(chǎn)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程。

(2)應(yīng)變量相同時(shí)，隨著變形溫度的升高，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的程度增加，細(xì)小的再結(jié)晶晶粒數(shù)量增加。

(3)同樣的變形溫度下，60%的應(yīng)變量比40%的應(yīng)變量發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的趨勢(shì)增大，再結(jié)晶晶粒顯著增多。