中碳钢球化退火行为和力学性能的研究

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中碳钢球化退火行为和力学性能的研究中碳钢球化退火行为和力学性能的研究
惠卫军 ， 于同仁 ， 苏世怀。 ， 董 瀚 ， 翁宇庆。
( 1 .钢 铁研 究总院结 构材料研 究所 ，北京 1 0 0 0 8 1 ； 2 .马鞍山钢铁股份有限公司技术 中心 ，
安徽 马鞍 山 2 4 3 0 0 0； 3 .中国金 属学会 ，北京 1 0 0 7 1 1 )
摘 要 ：采用常 规双 相 区球 化 退 火 和 亚 温 球 化退 火工 艺 研 究 了 常 规 轧 制 ( C R)和 控 轧 控 冷 ( C RC)的 中碳 钢
S WR CH3 5 K的球化退 火行为和力学性能♂果表明 ， 与传统 的双相区球 化退火相 比， 亚温球化退 火时碳 化物球化
进程明显加快 ， 球 化率 高， 且碳化物 比较细小 ， 具有 良好 的塑性 和冷 成形性 ， 采 用亚温 球化退 火处理 可明显 地缩短
球化退火时间 ∝轧控冷 的中碳钢线材尽管具有 比较粗 大 的珠 光体组 织 ， 但 因有 相 当部 分 的珠 光体发 生退化 ， 其
球化退火进程要明显快 于细珠光体组织 。
关键词 ：中碳钢 ；球化退火 ；力学性能 ；亚温球化退火 ；双相 区球化退火
中图分类 号：TG1 4 2 . 1 .TG1 1 3 . 2 5 文献标识码 ：A 文章编号 ：0 4 4 9 - 7 4 9 X( 2 0 0 5) 0 9 - 0 0 6 0 0 5
Be hav i or i n Sphe r 0i di z i ng Anne al i ng a nd M e c ha ni c a l
Pr ope r t i e s o f M e di um Car bon St e e l
HUI We i - j u n ～， YU To n g - r e n 。 ， S U S h i - h u a i ， D0NG Ha n ， WENG Yu - q i n g 。
( 1 .I n s t i t u t e f o r S t r u c t u r a l Ma t e r i a l s o f CI S RI ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ，C h i n a ： 2 .Te c h n i c a l Ce n t e r 。Ma a n s h a n I r o n a n d
S t e e l C o .，l ad ，Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0 ，Ch i n a ； 3 .Th e Ch i n e s e S o c i e t y f o r Me t a l s ，Be i j i n g 1 0 0 7 1 1 ，Ch i n a )
Ab s t r a c t：The b e ha v i or i n s ph e r o i di z i ng a nn e a l i n g a nd me c ha n i c al p r ope r t i e s of c ont r ol l e d r o l l e d a nd c o ol e d( CRC)
a n d c onv e n t i ona l r ol l e d( CR)me di u m c a r b on s t e e l SW RCH 3 5 K we r e s t u di e d wi t h t wo a nn e al i ng c y c l e s .One wa s t he
c onv e nt i o na l i nt e r c r i t i c a l a nn e a l i n g.The ot he r wa s s ub cr i t i c al a nne al i ng，whi c h i n vo l v e s he a t i ng t o be l ow Al f o r s e v -
e r a l t i me s . I t was f ou nd t ha t c o mpa r e d t o i nt e r c r i t i c al a nne a l i ng， s phe r o i d i z a t i on o c c ur s mor e r a pi dl y i n s ub c r i t i c al
pr o c e s s，wi t h f or ma t i on of f i n e r a nd de g e ne r at e d p e a r l i t e wi t h ma ny ki n ks a nd br e a ks . The hi ghe r s p he r oi di z at i o n
l e v el a n d f i ne r c ar bi d e s ma k e t h e s t e el h av i n g be t t e r du c t i l i t y a n d c ol d f o r ma bi l i t y .The r a p i d s phe r oi di z a t i on i n s ub -
c r i t i c al pr o c e s s gr e a t l y r e du c e t h e e ne r gy，t i me a nd c os t of s p he r oi di z at i o n. Howe v e r，r a pi d s phe r o i d i z a t i on c an no t
be ob s e r v e d i n i n t e r cr i t i c al pr oc e s s a s t he or i gi na l f i ne pe a r l i t e i s d i s s ol v e d a t t he t e mpe r a t u r e a b ov e A1 . The s ph e ～
r oi d i z a t i on of c o nt r ol l e d r ol l e d a n d c oo l e d wi r e r o d，i n whi c h t he r e a r e a l ot of d e ge ne r at e d p e a r l i t e 。oc c u r s mor e r a p -
i dl y t h a n t ha t o f c o nv e nt i o na l r ol l e d wi r e r od，a l t h ou gh i n whi c h f i ne pe ar l i t e i s o bs e r ve d t O O.
Ke y wo r d s：me di um c a r bo n s t e e l ；s phe r oi d i z i ng a nne al i ng；me c ha ni c al p r o pe r t y；s u bc r i t i c a l a n ne a l i ng；i nt e r cr i t i c al
a nn e a l i n g
8 . 8级及其 以上的高强度 紧固件 ， 通常用中碳
钢或中碳合金钢来制造 ， 其典型生产流程主要包括：
热轧线材-球化退火-拉拔-冷镦 -滚丝-淬火 回
火 -表面处理。其 中球化退火的主要 目的是使钢材
获得足够的塑性以满足冷镦成形的要求 。在冷镦成
形过程中材料往往要承受 7 0 ～8 0 的总变形量，
因而要求原材料 的塑性好 ， 硬度旧能低 。球化退
火处理是 目前紧固件制造过程中最 为耗时 、 耗能 的
工序 ， 其周期大约为 1 2 ～2 4 h ] 。因此 ， 紧固件制造
行业迫切希望能够简化球化退火工艺 ， 缩短球化退
火处理时间。
球化退 火工 艺 ， 根 据 其 工 作 原 理， 可 主要 分
为L 2 ： 亚温球化退火 、 缓慢冷却/ 等温或周期循 环球
化退火( 以下称双相区球化退火) 、 淬火高温 回火 、
形变球化退火等。多数冶金和紧固件企业采用 图 1
( a ) 所示的工艺进行球 化退火处理。通常认为在I 临
界点 A 以下温度 等温使碳 化物球化 的周期太 长，
因而生产中很少采用图 1 ( b ) 所示 的亚温球 化退火
工艺 。然而对于现代高速线材生产线生产的冷镦钢
线材 ， 有可能采用此工艺进行球化退火处理 ， 以节约
能源和减少球化退火时间 。例如 ， 对 中碳合金钢的
研究表明l 1 ] ， 对于经斯太尔摩控冷线快速冷却得到
的细珠光体组织 ， 在 A 点 以下 的较 高温度进 行亚
温球化退火处理可显著加快渗碳体的球化进程。
基金项 目：国家重大基础研究规划 8 6 3计划项 目资助 ( 2 0 0 3 AA3 3 1 0 3 0 )
作者简介：惠卫军( 1 9 6 8 - ) ，男，博士 ，高级 工程师 ； E - ma i l ：w j h u i ###s i n a . c o m； 修订 日期 ：2 0 0 5 - O l - 0 5