40CrMnMo钢热轧状态下带状组织的改善与评定

杜量

（沈阳航空航天大学辽宁通用航空研究院辽宁锐翔通用飞机制造有限公司，辽宁沈阳 110136）

【摘要】探讨了40CrMnMo钢带状组织形成的主要原因，对非平衡状态下的热轧状态组织的评级问题进行了解决，通过对热处理工艺的调整，找出了改善与消除带状组织的方法与方向。

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关键词 0CrMnMo钢；带状组织；评定

0前言

40CrMnMo钢含有较高的Mn元素，在钢浇铸后的凝结过程中如Mn元素这样钢液中分配系数＜1的合金元素会陆续的从枝晶析出产生带状组织。带状组织的析出会直接影响钢的力学性能，使得钢的轧制方向和与轧制方向垂直方向上的力学差异增大，进而可以严重的影响钢材在使用过程中的的性能。[1-2]

带状组织按可以按照形成的先后顺序分为1次带状组织和2次带状组织。钢水在凝结过程中由于合金元素在枝晶析出而产生的带状组织称为1次带状组织。而由于在热轧过程中，因为轧材在冷却过程中冷却速度过于缓慢，产生的珠光体与先共析铁素体两者彼此相互间隔出现的微观带状组织称为2次带状组织。

本文试图通过对40CrMnMo钢热轧后的热处理工艺进行优化处理，寻找出减轻和消除带状组织的工艺方法。

1实验

本次实验采用的40CrMnMo钢为国内某大型国有特钢企业提供的直径为220mm热轧状态的圆形棒材，其具体的化学成分见表格1：

实验过程：以通过整条直径的纵截面为检验面，将长为220mm、宽为10mm的试样如图1：试样取样示意图均匀分割为8个小试样，并且对其进行研磨抛光后采用4%HNO3酒精溶液进行腐蚀制成金相试样，通过蔡司正置金相光学显微镜进行观测，得到如图2：40CrMnMo钢热轧状态组织。

选取图2中偏析较为严重的“3号”取样区域和“6号”取样区域的试样进行2种不同的退火热处理工艺进行热处理，得到“如图3：850℃保温2小时，每小时降温50℃炉冷至500℃出炉空冷金相组织”和“如图4：850℃保温5小时，每小时降温50℃炉冷至500℃出炉空冷金相组织”。

2结果分析

2．1热轧组织分析

由图2，40CrMnMo钢热轧状态组织可以看出，其热轧状态带状组织以非平衡态的马氏体+贝氏体为主，其中马氏体是以淬透性能力较强的合金元素偏析物在冷却过程中获得，并且半径1/2处的偏析程度更为严重。目前我国通常情况下使用GB/T13299标准进行对带状组织的级别进行检测，并且根据铁素体在微观组织中的数量、宽度、连续性贯穿整个视野的贯穿性连续性和铁素体的变形长度的原则来进行级别的评定，对于非平衡状态下的带状组织评级国内尚无依据，通常情况下需要对非平衡状态下的组织经过热处理来转化为含有铁素体的平衡状态组织后再对其进行评级。

2．2热处理工艺对带状组织的改善与消除

如图3，40CrMnMo钢热轧状态组织在非平衡状态下，可以经过适当的通过退火热处理，使得非平衡状态组织转变为以铁素体+珠光体为主的平衡状态组织，但是由于受到保温时间的限制，使得组织均匀化的程度不够完全，使得850℃保温2小时，每小时降温50℃炉冷至500℃出炉空冷金相组织中形成了以铁素体+珠光体为主的，掺杂着部分贝氏体的合金元素偏析条带的状况。对图3金相组织所对应的工艺进行改进，在其它工艺参数相同的情况下保温时间由2小时增加到了5小时，如图4所示改进工艺后的金相组织以铁素体+珠光体构成，马氏体和贝氏体的偏析带状组织得到了消除，此工艺下的组织可以依据GB/T13299标准进行对带状组织的级别进行检测，并且根据铁素体在微观组织中的数量、宽度、连续性贯穿整个视野的贯穿性连续性和铁素体的变形长度的原则来进行级别的有效评定。

3结论

（1）通过对40CrMnMo钢热轧状态下沿着直径方向的金相组织进行整体分析发现，偏析最为严重的区域通常会出现在钢材半径的1/2处位置。

（2）40CrMnMo钢热轧状态的组织由于轧制过程中冷速的问题，会导致非平衡态组织的产生，非平衡状态组织不适用于GB/T13299标准进行带状组织级别的评定。

（3）恰当的热处理工艺会使40CrMnMo钢非平衡状态的组织转化为平衡态，便于使用GB/T13299标准进行带状组织级别的评定，并且还可以改善甚至消除带状偏析的组织，进而降低对材料使用过程中的影响。

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参考文献

［1］Shamgam P,Pathak S D．Some studies on the impact behavior of banded microalloyed steel[J].Eng.Fract.Mech,1996,53 (6):991-1005.

［2］Ha J S,Fleury E.Small Punch tests to estimate the mechanical properties of steels for steam power plan t:Ⅱ fracture toughness [J].Int. J. Pressure Vessels Piping,1998,75(9):707-713.

［责任编辑：刘展］