朱祖昌，楊弋濤

(1.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620； 2.上海大學(xué)，上海 200072)

3.2.3GCr15鋼超快速冷卻技術(shù)在我國的開發(fā)應(yīng)用

上文已經(jīng)多次指出，超快速冷卻技術(shù)UFC使軋制鋼板性能產(chǎn)生質(zhì)的飛越，同時(shí)使材料成本和消耗大大降低，再與ACC配合可以實(shí)現(xiàn)多種冷卻相變路徑控制以獲得需要性能鋼鐵材料。我國已經(jīng)在這方面給與了充分重視，并已經(jīng)取得了卓越的成果。

軸承鋼采用新一代控軋控冷技術(shù)，NG-TMCP的實(shí)質(zhì)將涉及奧氏體A在奧氏體再結(jié)晶溫度區(qū)的熱軋變形和熱變形后進(jìn)行超快速度冷卻，要研究保持硬化態(tài)的熱變形奧氏體A在超快冷卻轉(zhuǎn)變中析出二次碳化物和轉(zhuǎn)變成珠光體的行為，這歸根結(jié)底就是要著重研究熱軋變形和超快冷對(duì)軸承鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT曲線的影響。

東北大學(xué)的軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室RAL課題組[45]首先利用Gleeble 1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)和實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的MMS-300型熱力模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行研究，測(cè)定了連續(xù)冷速為0.5～200 ℃/s和在980、800℃溫度下變形0%、20%、40%和50%條件的CCT曲線和顯微組織的變化。本文對(duì)主要相關(guān)的論述觀點(diǎn)比較系統(tǒng)和簡潔地進(jìn)行歸納，使人一目瞭然。

實(shí)驗(yàn)使用的GCr15鋼的成分為1.02C、0.32Si、0.34Mn、1.49Cr、0.07Ni、0.15Cu、0.02Mo、0.0017Ti、0.005Al、0.009P、0.003S(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)。試驗(yàn)機(jī)配備控制冷速和快速測(cè)定記錄溫度、長度和時(shí)間的功能。轉(zhuǎn)變后得到的網(wǎng)狀碳化物按試樣通過淬回火后的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。通過熱膨脹方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到該GCr15鋼在980 ℃時(shí)變形0%、20%、40%和50%時(shí)CCT曲線，對(duì)應(yīng)的連續(xù)冷卻速度為0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、10和20 ℃/s。我們選取980 ℃溫度時(shí)變形量為0%和50%的曲線示于圖21，圖中為了方便理解鋼在冷卻過程的相變過程，確定的相區(qū)以不同淡灰色和英文字母表示。隨變形量增加和冷卻速度改變，二次碳化物析出溫度、形態(tài)、級(jí)別，以及珠光體轉(zhuǎn)變溫度、形態(tài)相應(yīng)發(fā)生的變化分析如下，最后還提及對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變影響。

(1)二次碳化物的析出：從圖21可以看出隨變形量增加時(shí)，析出碳化物的溫度提高；當(dāng)隨著冷速增加時(shí)，二次碳化物析出溫度對(duì)應(yīng)出現(xiàn)降低。我們可以列出數(shù)據(jù)于下表7中。表中非括號(hào)中數(shù)字為作者公布的數(shù)值[45]，括號(hào)中的數(shù)字為我們按該圖約算的數(shù)值。當(dāng)冷速在0.5～2 ℃/s范圍內(nèi)增加，析出溫度出現(xiàn)降低的值較小，在>2 ℃/s時(shí)，析出溫度出現(xiàn)降低的值增大，說明冷卻速度提高的影響在這時(shí)占主導(dǎo)地位。在0%變形量時(shí)抑制碳化物析出的臨界冷速為5 ℃/s，在40%和50%變形量下的臨界冷速為8 ℃/s，可以見得，GCr15鋼在980 ℃時(shí)變形40%和50%時(shí)對(duì)二次碳化物析出起到促進(jìn)作用。由此得出：GCr15鋼在冷卻速度>8 ℃/s條件下不析出二次碳化物。在小于抑制碳化物析出的臨界冷速下，鋼的組織進(jìn)入(過冷奧氏體Au+二次碳化物C)的區(qū)域。這兒，Au為undercooled austenite。

(a)0%；(b)50%圖21 實(shí)驗(yàn)用GCr15鋼在980 ℃時(shí)不同變形量時(shí)的CCT曲線Fig.21 The CCT curves at different deformation at temperature of 980 ℃ for tested GCr15 steel

表7 在980 ℃不同變形量和冷卻速度下二次碳化物的析出溫度

Table 7 The precipitation temperatures of second carbide at different deformation at 980 ℃ and cooling speeds

冷卻速度/℃·s-1析出溫度/℃變形量0%變形量20%變形量40%變形量50%0.5869℃8959079095718(725)(750)(775)8--697697析出臨界冷速5(6)88

* 括號(hào)中的數(shù)字為我們按該圖約算的數(shù)值。

鋼中析出的網(wǎng)狀碳化物的形態(tài)由完整連續(xù)網(wǎng)狀逐漸變化為斷裂的點(diǎn)條狀形貌。二次網(wǎng)狀碳化物厚度隨著冷卻速度的變化示于圖22，同時(shí)可測(cè)定A晶粒逐漸細(xì)化。冷卻速度為2和8 ℃/s時(shí)的厚度分別是0.42和0.19 μm，對(duì)應(yīng)的形貌為完整的連續(xù)網(wǎng)狀二次碳化物和斷裂的點(diǎn)條狀碳化物。另外，二次網(wǎng)狀碳化物和基體中含Cr量都隨著冷卻速度改變，按能譜分析變化近似示于圖23，相應(yīng)與Cr的擴(kuò)散(在不同溫度和不同時(shí)間下)相關(guān)。冷速以1 ℃/s冷至室溫時(shí)，二次網(wǎng)狀碳化物中和基體中的含Cr量分別為4.09%和1.55%，相差2.64倍；冷速以5 ℃/s和8 ℃/s冷至室溫時(shí)，二次網(wǎng)狀碳化物和基體中的含Cr量分別為1.90%、1.62%和1.70%、1.70%。

圖22 二次網(wǎng)狀碳化物厚度和冷卻速度的關(guān)系Fig.22 The relationship between deep of second net carbide and cooling speeds

圖23 二次網(wǎng)狀碳化物和基體中含Cr量與冷卻速度的關(guān)系Fig.23 The relationship of second net carbide and Cr contents in matrix with cooling speeds

析出碳化物的級(jí)別在一定變形量下隨著冷卻速度增加呈現(xiàn)降低的變化：如當(dāng)980 ℃變形40%時(shí)，在冷卻速度0.5 ℃/s條件下，試樣中最嚴(yán)重區(qū)域的網(wǎng)狀碳化物級(jí)別為5級(jí)(該文作者未說明評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)號(hào))，在5 ℃/s和8 ℃/s時(shí)為3級(jí)和2級(jí)(GB/T 18254—2002)。這8 ℃/s時(shí)的網(wǎng)狀碳化物不再完整連續(xù)，呈出現(xiàn)斷裂的點(diǎn)條形狀分布在基體中，對(duì)應(yīng)冷卻到室溫的淬火回火后經(jīng)深腐蝕的組織如圖24，碳化物厚度為0.19 μm。

(a)OM；(b)SEM圖24 冷卻速度8 ℃/s時(shí)冷卻到室溫的淬火回火后的組織Fig.24 The microstructure cooling to room temperature after quenching-tempering at cooling speed of 8 ℃/s

(2)對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變PT影響：從圖21 同樣可以看出隨變形量增加時(shí)，奧氏體A轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP的溫度升高，當(dāng)隨著冷速增加時(shí)，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變PT的溫度對(duì)應(yīng)出現(xiàn)降低。在冷速小的范圍這種A→P的轉(zhuǎn)變溫度降低較小，大于一定的冷速時(shí)，A→P的轉(zhuǎn)變溫度降低較大。

在不變形條件下完全發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度為3 ℃/s，隨著變形量增加到50%時(shí)的臨界冷卻速度為5 ℃/s。即當(dāng)冷卻速度>5 ℃/s時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變不能完成，鋼的組織開始進(jìn)入(Au+C+P)區(qū)域，殘留的過冷奧氏體Au在Ms點(diǎn)時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變MT，得到(C+P+M+殘余奧氏體Ar)組織。當(dāng)冷卻速度>10 ℃/s時(shí)，鋼的組織進(jìn)入過冷奧氏體Au區(qū)域，在溫度冷卻達(dá)到Ms時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，得到(殘余奧氏體Ar+M)組織。為此，珠光體轉(zhuǎn)變的上、下臨界冷速為10 ℃/s、5 ℃/s(3 ℃/s)。關(guān)于珠光體轉(zhuǎn)變的上、下臨界冷速的描述可以參見資料[83]。

將不同冷卻速度和變形量下發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間表示在圖上就得到圖25。圖中虛線為二次碳化物析出線，比較粗的實(shí)線為不同變形量下PT的開始線和結(jié)束線，自上至下分別表示變形量為50%、40%、20%和0%，開始線和結(jié)束線之間的細(xì)實(shí)線為PT中止線。為了更好理解鋼在冷卻過程的相變過程，我們將圖中確定的相區(qū)以淡灰色和英文字母表示得更加明確。相區(qū)之間的白色部位，讀者可以按本文中說明加以分辨。

圖25 在980 ℃下不同變形量和冷卻速度對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響Fig.25 The effect of different deformation and cooling speeds on pearlitic transition at 980 ℃

圖25表示變形量范圍對(duì)應(yīng)為(0%～20%)和(40%～50%)和冷卻速度對(duì)應(yīng)為(0.5～3 ℃/s)和(0.5～5 ℃/s)相應(yīng)的條件下完成轉(zhuǎn)變后的組織組成全部為(碳化物C+珠光體P組織)；變形量范圍對(duì)應(yīng)為(0%～20%)和(40%～50%)和冷卻速度對(duì)應(yīng)為(> 3 ℃/s)和(> 5 ℃/s)相應(yīng)的條件下完成轉(zhuǎn)變后的組織組成全部為(Au+C+P)，這部分過冷奧氏體Au在相應(yīng)Ms點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，得到(M+C+P)組織，在未冷卻到Mf點(diǎn)時(shí)，還存在殘余奧氏體Ar，即得到(M+C+P+Ar)組織。圖上表示的信息內(nèi)容與上述的一致。其中珠光體形態(tài)在冷卻速度 ≤6 ℃/s時(shí)為片層狀，> 6 ℃/s時(shí)為粗大不規(guī)則的類似片層狀組織，滲碳體呈斷續(xù)的短片狀結(jié)構(gòu)，有稱退化珠光體(或稱變態(tài)珠光體)的，鐵素體和碳化物的位向處于紊亂狀態(tài)，其顯微硬度仍然增大。

圖25十分明確指出，在一定的變形量下，隨著冷卻曲線的冷速增大，珠光體轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束轉(zhuǎn)變溫度降低；在一定的冷速條件下，隨變形量增加，珠光體轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束轉(zhuǎn)變溫度出現(xiàn)升高趨勢(shì)，如表8表示。得到珠光體組織的片間距d和HV硬度和冷速關(guān)系示于圖26。

表8 在980 ℃不同變形量和冷卻速度對(duì)珠光體開始、結(jié)束轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變時(shí)間的影響

*括號(hào)中的數(shù)字為我們按該圖約算的數(shù)值。

圖26 珠光體組織的片間距d和HV硬度對(duì)轉(zhuǎn)變冷卻速度的關(guān)系Fig.26 The relationships between lamellar distance d andhardness HV to cooling speeds of transformaion

(3)對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響：從圖21 可以看出，在冷卻速度相對(duì)比較緩慢條件下，馬氏體轉(zhuǎn)變曲線在其右側(cè)出現(xiàn)抬高。這是因?yàn)樵诟邷貐^(qū)域隨著二次碳化物的析出，基體中C和Cr的含量降低，其馬氏體點(diǎn)對(duì)應(yīng)升高。

東北大學(xué)的軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)軸承鋼棒材生產(chǎn)的超快速度冷卻技術(shù)研究進(jìn)行得很深入[76-82]，這一技術(shù)已經(jīng)在我國投入了工業(yè)化應(yīng)用。在軋鋼工廠原有連軋生產(chǎn)線上的連軋機(jī)組后增設(shè)超快速冷卻系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)水壓、噴嘴孔大小以及冷卻水管數(shù)量與軋制速度等，針對(duì)不同規(guī)格的軋制棒材在高溫終軋后實(shí)施超快速冷卻，瞬時(shí)冷卻速度可以增加到400 ℃/s以上，達(dá)到在軋制棒材整個(gè)截面上抑制網(wǎng)狀合金滲碳體析出和獲得細(xì)層片狀珠光體組織，從而得到優(yōu)良的球化退火預(yù)組織。

國內(nèi)某特殊鋼棒材生產(chǎn)廠的連軋機(jī)組中的粗軋、中軋和預(yù)精軋各為6架機(jī)組以及精軋4架機(jī)組，共有22架軋機(jī)，生產(chǎn)φ20～φ80 mm棒材。相應(yīng)的軋制速度在1.1～12 m/s范圍，棒材經(jīng)高溫軋制成對(duì)應(yīng)規(guī)格并進(jìn)行分段剪切后在緩冷的冷床上實(shí)現(xiàn)冷卻。在這條生產(chǎn)線上安裝超快速冷卻裝置的1#、2#和3#水箱，針對(duì)不同規(guī)格的軋制棒材生產(chǎn)以實(shí)現(xiàn)抑制軸承鋼在冷卻過程中出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體和獲得細(xì)層片狀珠光體組織的超快速度冷卻技術(shù)的目的。

3套水箱各有三條不同的內(nèi)徑管道供不同規(guī)格軋材選用。其中1#超快速冷卻水箱長8 m，有9個(gè)噴嘴：6個(gè)正噴，2個(gè)反噴和1個(gè)氣吹；2#和3#水箱各長5 m，有7個(gè)噴嘴：4個(gè)正噴，2個(gè)反噴和1個(gè)氣吹。他們的冷卻水壓最高可達(dá)1.5～1.8 MPa，水為循環(huán)水。這種噴水方式可達(dá)到在采用噴水方法的超快速冷卻過程中使棒材表面上不出現(xiàn)蒸汽膜階段，從而使冷卻過程中的換熱系數(shù)激劇增加，使該系統(tǒng)的超快瞬時(shí)冷卻速度最高達(dá)≥400 ℃/s。高換熱系數(shù)下和超快速冷速條件下，棒材表面的溫度迅速降低，棒材心部的溫度隨著熱傳導(dǎo)的進(jìn)行也不斷降低。

圖27 超快速冷卻系統(tǒng)的布置示意圖Fig.27 The schematic of ray-out of ultra-fast-cooling system

圖28 生產(chǎn)過程的工藝曲線示意圖Fig.28 The schematic of technological curve of produce process

超快速冷卻系統(tǒng)的布置示意圖見圖27。冷卻系統(tǒng)中設(shè)置溫度測(cè)定點(diǎn)，應(yīng)用紅外測(cè)溫儀測(cè)定軋制過程中棒材表面溫度，同時(shí)可以計(jì)算不同冷卻階段的冷卻速度。生產(chǎn)棒材在超快速裝置上經(jīng)超快速冷卻后，棒材表面很快冷卻至一定的溫度值后(表9中表示)，在冷卻水箱之間或在裝置以后進(jìn)入冷床的過程中會(huì)出現(xiàn)返紅(由于棒材內(nèi)部熱量傳遞出來)到一定溫度(見表9)，從而減緩冷速并在冷床的冷卻過程中完成珠光體相變等。整個(gè)過程的工藝曲線示于圖28中。圖28中表示：規(guī)格為200 mm×200 mm軸承鋼方坯于650 ℃進(jìn)入加熱爐，加熱溫度為1200 ℃，總加熱時(shí)間為6 h，出爐溫度在1110～1150 ℃范圍，進(jìn)入連軋機(jī)組進(jìn)行粗、中、預(yù)精和精軋工序，終軋溫度為980～1000 ℃。對(duì)每種超快速冷卻試驗(yàn)材料的具體工藝數(shù)據(jù)列于表9中，表中分別列出軋制速度、終軋溫度、超快速UFC裝置中工藝參量(開啟水箱號(hào)、水壓、冷卻時(shí)間)，冷卻最后的溫度、冷卻時(shí)間和棒材最高的返紅溫度等。

表9 超快速冷卻試驗(yàn)試樣的具體工藝參數(shù)

*開啟水箱Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ和Ⅰ + Ⅲ分別表示水箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ全部開啟 和水箱Ⅰ、Ⅲ開啟。

對(duì)于φ30 mm棒材，工藝編號(hào)按30-1執(zhí)行。在軋制速度4.5 m/s時(shí)，為達(dá)到在棒材整個(gè)截面上抑制析出網(wǎng)狀碳化物的足夠的超快速冷卻速度，1#、2#和3#水箱全部開啟，水壓為1.3 MPa，超快速冷卻時(shí)間為4 s(按三段水箱總長18 m計(jì)算)。超快速冷后棒材表面溫度為459 ℃，棒材內(nèi)部傳遞出來的熱能使棒材表面返紅，溫度為710 ℃并呈均勻分布。同時(shí)使棒材心部的冷速提高至大于二次網(wǎng)狀碳化物臨界析出速度，從而也抑制其心部出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物組織。在出3#水箱后的22 m冷卻通道和冷床中緩冷完成珠光體轉(zhuǎn)變，去應(yīng)力及去氫退火等。檢驗(yàn)結(jié)果表明：網(wǎng)狀碳化物級(jí)別為1級(jí)，過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。

對(duì)于φ40 mm棒材，工藝編號(hào)按40-1執(zhí)行。在3.3 m/s軋制速度時(shí)，1#、2#、3#水箱全部開啟，水壓為1.3 MPa，以實(shí)現(xiàn)棒材表面抑制網(wǎng)狀碳化物的析出，超快冷卻時(shí)間為5.6 s。超快冷后棒材表面溫度為448 ℃，棒材內(nèi)部傳遞出來的熱能使棒材表面返紅，溫度為695 ℃并呈均勻分布。同時(shí)使棒材心部的冷速提高至大于二次網(wǎng)狀碳化物臨界析出速度，從而抑制其心部出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物組織。在出3#水箱后的22 m冷卻通道和冷床中緩冷完成珠光體轉(zhuǎn)變，去應(yīng)力及去氫退火等。檢驗(yàn)結(jié)果表明：網(wǎng)狀碳化物級(jí)別為1級(jí)，過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。

對(duì)于φ60 mm棒材，工藝編號(hào)按60-1執(zhí)行。在1.5 m/s軋制速度時(shí)，開1#和3#水箱，水壓1.3 MPa，在水箱中的總超快冷時(shí)間為8.6 s。在1#水箱超快速冷卻使棒材表面溫度達(dá)348 ℃(>Ms),并使棒材心部熱量向外繼續(xù)傳遞出來，使表面溫度返紅(返紅時(shí)間為11 s)至695 ℃，這一階段冷卻達(dá)到抑制棒材表面析出碳化物網(wǎng)；隨即通過3#水箱的超快速冷卻。棒材表面溫度又降低至400 ℃以下，這第二階段冷卻使棒材心部熱量繼續(xù)傳遞出來，使心部的冷卻速度提高，抑制心部網(wǎng)狀碳化物的析出。冷卻以后，心部和表面冷速比較接近一致，以較慢冷卻速度完成珠光體轉(zhuǎn)變，在出3#水箱后的22 m通道上和冷床中緩冷并能去除應(yīng)力和去除氫脆等。按這一工藝生產(chǎn)的棒材表面、1/4處和心部的OM、SEM顯微組織可見圖29和圖30。可見得到的結(jié)果是在棒材整個(gè)面上抑制了析出網(wǎng)狀碳化物和實(shí)現(xiàn)了全部緩冷完成珠光體轉(zhuǎn)變。

表9中表示按工藝60-01、60-02和60-03的φ60 mm棒材的生產(chǎn)與試驗(yàn)工藝60-1的情況基本相同。

(a)表面；(b)1/4處；(c)心部圖29 按工藝編號(hào)60-1執(zhí)行的φ60 mm棒材的顯微組織，OM(a) surface；(b) 1/4 position；(c) coreFig.29 OM microstructure of φ60 mm bar according to No 60-1 technology

(a)表面；(b)1/4處；(c)心部圖30 按工藝編號(hào)60-1執(zhí)行的φ60 mm棒材的顯微組織，SEM(a) surface；(b) 1/4 position；(c) coreFig.30 SEM microstructure of φ60 mm bar according to No 60-1 technology

高溫軋制后超快速冷卻過程中的棒材表面和心部的冷卻溫度曲線應(yīng)用了建立有限元模型，采用PLANE35熱單元求解，利用Ansys前處理器進(jìn)行模型單元網(wǎng)格劃分等進(jìn)行處理[45]，求得的φ30、φ40 和φ60 mm鋼材的冷卻溫度-時(shí)間變化曲線分別示于圖31、32、33的(a)中。我們針對(duì)這些圖應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理求得對(duì)應(yīng)之溫度-冷卻速度曲線示于圖31、32、33的(b)、(c)、(d)中。其中(b)為針對(duì)(a)作的溫度-冷卻速度曲線；(c)為棒材表面、四分之一部位和心部在溫度達(dá)到平衡的繼續(xù)冷卻曲線放大(這一階段主要在冷床上進(jìn)行)，因?yàn)槔渌俦容^接近，僅以一條粗虛線表示，細(xì)點(diǎn)線表示發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的下臨界速度數(shù)值；(d)為二次碳化物析出的溫度區(qū)域中棒材在四分之一部位和心部的溫度-冷卻速度曲線放大，圖中細(xì)虛線為二次碳化物析出的臨界速度數(shù)值。由這些圖可以十分明白采用的超快速UFC冷卻工藝能在棒材整個(gè)截面上抑制析出網(wǎng)狀碳化物組織和使過冷奧氏體全部完成珠光體轉(zhuǎn)變的本質(zhì)原因。我們?cè)谙鄬?duì)應(yīng)的圖上表示了二次碳化物的臨界冷卻速度和珠光體轉(zhuǎn)變的下臨界速度，說明是十分恰當(dāng)?shù)摹?/p>

圖31 φ 30 mm棒材的超快速冷卻冷卻溫度-時(shí)間變化曲線(a)和對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理曲線(b，c，d)Fig.31 The cooling temperature-time curve during ultra-fast-cooling process for φ 30 mm bar (a), and responding computer-treatment curves (b,c,d)

工作進(jìn)行到這里，可以進(jìn)一步分析。對(duì)φ30和φ40 mm棒材采用相同UFC冷卻工藝參數(shù)(軋制速度的不同使冷卻時(shí)間發(fā)生變化)進(jìn)行超快速冷卻時(shí)，前者的冷卻速度會(huì)更快，棒材表面的溫度返紅速度也加快(比較圖31和圖32中的(b))。進(jìn)行比較以后可以發(fā)現(xiàn)，工藝編號(hào)按40-1執(zhí)行的φ40 mm棒材的生產(chǎn)效果更好和更安全。工藝編號(hào)按30-1執(zhí)行的φ30 mm棒材的生產(chǎn)還有可以調(diào)整的余地，適當(dāng)改動(dòng)UFC冷卻工藝參數(shù)，可以像φ40 mm棒材一樣達(dá)到更好和更安全的生產(chǎn)效果。我們認(rèn)為，GCr15棒材采用UFC冷卻技術(shù)應(yīng)該盡量達(dá)到更好和更安全的生產(chǎn)效果也是相當(dāng)重要的。工藝編號(hào)按60-1執(zhí)行的φ60 mm棒材的生產(chǎn)過程中，在二次碳化物析出溫度區(qū)域中出現(xiàn)的2次冷卻速度低于8 ℃/s的現(xiàn)象(圖33中的(d))，這估計(jì)對(duì)碳化物形貌影響不會(huì)大，但是，是否可以進(jìn)一步改進(jìn)還可以研究。為此，我們?cè)谶@里提出的方法可以對(duì)UFC工藝參數(shù)調(diào)整起到相當(dāng)方便的一定借鑒作用。

圖32 φ 40 mm棒材的超快速冷卻冷卻溫度-時(shí)間變化曲線(a)和對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理曲線(b，c，d)Fig.32 The cooling temperature-time curve during ultra-fast-cooling process for φ 40 mm bar (a), and responding computer-treatment curves (b,c,d)

圖33 φ 60 mm棒材的超快速冷卻冷卻溫度-時(shí)間變化曲線(a)和對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理曲線(b，c，d)Fig.33 The cooling temperature-time curve during ultra-fast-cooling process for φ 60 mm bar (a), and responding computer-treatment curves (b,c,d)

φ30、φ40、φ60mm軸承鋼棒分別經(jīng)過工藝30-1、工藝40-1、工藝60-1的超快速冷卻后，棒材整個(gè)截面上的網(wǎng)狀碳化物級(jí)別均不大于2級(jí)(GB/T 18254—2016，原來文獻(xiàn)中為18254—2002，現(xiàn)在已經(jīng)廢除，因?yàn)樘蓟锛?jí)別圖沒有改動(dòng)，在本文中則表示為2016年標(biāo)準(zhǔn))。棒材整個(gè)截面上顯微組織均為細(xì)小珠光體，珠光體片間距為0.19、0.19和0.21 μm。硬度為393.22、378.22和373.4 HV。

東北大學(xué)的軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室RAL[45]已經(jīng)指出，將軸承鋼超快速冷卻技術(shù)分別成功應(yīng)用于寶山鋼鐵股份有限公司特殊鋼分公司、江陰興澄特殊鋼有限公司及石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司等企業(yè)，在不改變?cè)袩徇B軋生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，在連軋機(jī)組后安裝三組超快速冷卻系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)水壓、噴嘴孔大小以及冷卻水管數(shù)量，針對(duì)不同規(guī)格棒材進(jìn)行高溫終軋后超快速冷卻，瞬時(shí)冷卻速度可以達(dá)到400 ℃/s以上。經(jīng)過超快速冷卻后，不同規(guī)格棒材斷面不同位置的冷卻速度均可以達(dá)到抑制網(wǎng)狀碳化物析出、過冷奧氏體完全發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的要求，網(wǎng)狀碳化物級(jí)別均達(dá)到不大于2級(jí)，符合軸承行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。