固态相变工程实例介绍
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P15区域。
1# 300mm 2#
3# 4#
心部 （Ⅳ区） 试样 9 → 10
1.4m C4断裂支承辊实验分析
支承辊组织和硬度分布示意图
◆淬火区
温度Ac3以上，完全奥氏体化， 表面喷淬，升成淬硬层。
◆两相区
硬
温度在Ac3- Ac1，部分发生转 度
变，生成混合组织。
◆二次回火区
温度在Ac1-原调质回火温度， 发生回火，区间大小决定于温度 梯度和原调质回火温度。
• 工程上轧辊油冷处理后按照硬度和组织可 以分为表面、近表面、内部和心部四个区 域；
• 整体上从内外到内组织按照下贝氏体、上 贝氏体、屈氏体、珠光体的组织过渡
16
合金固态相变工程实例二: 汽轮机低压转子组织与冷速的关系
汽轮机转子
• 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。 主要用作发电用的原动机。
•
Ni
提高淬透性，强韧性，抑制晶粒长大
理两个阶段
19
低压转子用钢
• 典型：Cr-Ni-Mo
34CrNi3Mo
34CrNi3Mo
主要化学成分：
30Cr2Ni4MoV • Cr, Mo可以显著提高铁素体热强性，
碳 C：0.30~0.40 硅 Si：0.17~0.37 锰 Mn：0.50~0.80
• Mo可减小回火脆性
铬 Cr：0.70~1.10
• 转子是汽轮机的重要构件，汽轮机低压转子要在 1500~3000r/min高速旋转下，高温（350～565℃）下长期工 作，需承受巨大的离心力、扭矩和弯曲应力，还要承受因旋 转震动引起的附加应力，开机停机及其他原因造成的瞬时冲 击振动和扭应力。
• 需要具备良好的工艺性能、组织均匀性、强韧性、低的脆性 转变温度及好的综合力学性能。
P22
1.4m C4断裂支承辊实验分析
心部(Ⅳ区—调质回火区)组织观察
从金相组织上来看，珠光体周围被白亮的组织紧密的包围着。从扫 描电镜下观察，珠光体周围分布着颗粒状的组织，但相邻的颗粒状组织 之间空隙很大，非偏析处的颗粒状组织很少。
偏析处 P27
非偏析处
1.4m C4断裂支承辊实验分析
小结
• 支承辊经历不同热处理可以满足工艺过程 及使用性能的不同要求
UB
LB1
LB2
LB2、M
（极少量LB2、M）（少量LB1、M）（少量LB1）
LB2、 M
M
M
0.01
0.05
0.1
0.25
GB(极少量F+P）
UB
0.37
0.5
LB1(极少量LB2、M) LB2(少量LB1、M)
1
2
LB2、M(少量LB1)
LB2、M
M
M
8
实际工程上支承辊硬度分布图
低倍试样
80mm 50mm
18
汽轮机转子热处理的重要性
• 大型汽轮机低压转子锻件是由数百吨的钢锭直接锻 造而成，锻件的热处理过程必须考虑冶炼、铸锭、 锻造过程对大锻件内部质量的影响，如化学成分不 均匀、冶金缺陷、晶粒粗大（包括混晶）、较多的 气体如氢气，较大的锻造应力和热处理应力等；
• 转子大锻件的热处理过程非常复杂且工艺周期长； • 低压转子锻件的热处理分为锻后热处理和最终热处
固态相变工程实例介绍
I.轧机支承辊热处理相变组织 II.汽轮机低压转子组织与冷速的关系 III.锅炉管道爆裂原因分析
合金固态相变工程实例一: 轧机支承辊热处理相变组织
支承辊
➢轧机是实现金属轧制 过程的设备。 ➢支承辊为轧机上的重 要部件，为轴类锻件. ➢冷热连轧机支承辊直 径通常在1250～1630mm, 辊身长度1400～2300mm, 锻件直径较大,锻件重 20～70t,所用钢锭在 69～119t
3
支承辊
4
典型支承辊
1.基本要求： 表面硬度高/耐磨、 心部硬度低/韧性好
2. 性能要求 辊身表面硬度HS62±3， 辊颈硬度HS43±3， 淬硬层深度75 mm 3.典型材质： 45Cr4NiMoV (Cr4) 4.加工流程 真空铸锭(VT)→水压机锻造→锻后热处理→粗加工→调质 →半精加工→差温加热喷雾→回火→精加工→包装、发运
900 Ac3=843℃ Ac1=809℃
600
Ms
300
温度 (℃)
0
1
10
辊身喷淬+回火初期
P
100
1000
时 间 (s)
B
10000
1# 3# 4# 5# 6# 7#
7
相变模拟中冷速对组织的影响
冷却速率℃/s 0.01 0.05
0.1
0.25
0.37 0.5 1 2
组织
GB (极少量F+P)
◆调质回火区
温度低于原调质回火温度，组 织性能基本没有变化。
P32
回 火 硬 度
温度/距离
Ac3 Ac1 调质回火区
二次回火区
两相区 淬火区
淬硬层
1.4m C4断裂支承辊实验分析
来自百度文库
内部(Ⅰ区-淬硬区)组织观察
距辊面0～80mm内显微组织形貌, 淬硬层中主要为下贝氏体回火组织，最靠近辊面区域的显微组织形 态呈典型的下贝氏体针，同时还发现有极少量的残余奥氏体
5
支承辊的热处理
1.锻后热处理：正火，球化退火，回火—利于切削加工 2.预备热处理：调质（950℃，15h油淬+回火）—保证辊颈 硬度和综合力学性能
预备热处理曲线
3.最终热处理：火焰表面加热970℃,2h 喷雾冷却+ 560℃， 48h回火—满足表面组织性能要求
6
CCT图
• Cr4钢静态CCT图
表面 （Ⅰ区） 试样 1 → 2
近表面 （Ⅱ区） 试样 3 → 4
200mm
内部 （Ⅲ区） 试样 5 → 8
1 → 2硬度很高，硬度缓慢下降，对应 图中深灰色区域；
2 → 4硬度开始陡降，并降至最低点， 对应图中浅灰色区域；
4 → 8硬度逐渐升高，对应图中白亮区 域；
8 → 10硬度趋于平稳，对应图中暗白色
11
内部(Ⅱ区-两相区)组织观察
距辊面81～130mm内显微组织形貌 在距辊面81～130mm的次表淬硬层中，下贝氏体针状特征已经弱化，有 向上贝氏体形态转化的趋势，屈氏体组织形态开始逐渐出现
12
内部(Ⅲ区--二次回火区)组织观察
5
6
从金相组织上来看，
5→8号试样中片状珠光
体逐渐增多，并且体积
变大。从扫描电镜下观
察，片珠光体内的片层
7
8
结构逐渐清晰，并且珠
光体呈现出团簇的形貌
特征。
P23
1.4m C4断裂支承辊实验分析
内部(Ⅲ区--二次回火区)组织观察
5
6
从金相组织上来看，
5→8号试样中针状组织
逐渐减少，大小没有规
律性变化。从扫描电镜
下观察，针状组织内部
7
8
变化不明显，但周围粒
状组织逐渐增多，两者
界限变得平滑。
1# 300mm 2#
3# 4#
心部 （Ⅳ区） 试样 9 → 10
1.4m C4断裂支承辊实验分析
支承辊组织和硬度分布示意图
◆淬火区
温度Ac3以上，完全奥氏体化， 表面喷淬，升成淬硬层。
◆两相区
硬
温度在Ac3- Ac1，部分发生转 度
变，生成混合组织。
◆二次回火区
温度在Ac1-原调质回火温度， 发生回火，区间大小决定于温度 梯度和原调质回火温度。
• 工程上轧辊油冷处理后按照硬度和组织可 以分为表面、近表面、内部和心部四个区 域；
• 整体上从内外到内组织按照下贝氏体、上 贝氏体、屈氏体、珠光体的组织过渡
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合金固态相变工程实例二: 汽轮机低压转子组织与冷速的关系
汽轮机转子
• 汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。 主要用作发电用的原动机。
•
Ni
提高淬透性，强韧性，抑制晶粒长大
理两个阶段
19
低压转子用钢
• 典型：Cr-Ni-Mo
34CrNi3Mo
34CrNi3Mo
主要化学成分：
30Cr2Ni4MoV • Cr, Mo可以显著提高铁素体热强性，
碳 C：0.30~0.40 硅 Si：0.17~0.37 锰 Mn：0.50~0.80
• Mo可减小回火脆性
铬 Cr：0.70~1.10
• 转子是汽轮机的重要构件，汽轮机低压转子要在 1500~3000r/min高速旋转下，高温（350～565℃）下长期工 作，需承受巨大的离心力、扭矩和弯曲应力，还要承受因旋 转震动引起的附加应力，开机停机及其他原因造成的瞬时冲 击振动和扭应力。
• 需要具备良好的工艺性能、组织均匀性、强韧性、低的脆性 转变温度及好的综合力学性能。
P22
1.4m C4断裂支承辊实验分析
心部(Ⅳ区—调质回火区)组织观察
从金相组织上来看，珠光体周围被白亮的组织紧密的包围着。从扫 描电镜下观察，珠光体周围分布着颗粒状的组织，但相邻的颗粒状组织 之间空隙很大，非偏析处的颗粒状组织很少。
偏析处 P27
非偏析处
1.4m C4断裂支承辊实验分析
小结
• 支承辊经历不同热处理可以满足工艺过程 及使用性能的不同要求
UB
LB1
LB2
LB2、M
（极少量LB2、M）（少量LB1、M）（少量LB1）
LB2、 M
M
M
0.01
0.05
0.1
0.25
GB(极少量F+P）
UB
0.37
0.5
LB1(极少量LB2、M) LB2(少量LB1、M)
1
2
LB2、M(少量LB1)
LB2、M
M
M
8
实际工程上支承辊硬度分布图
低倍试样
80mm 50mm
18
汽轮机转子热处理的重要性
• 大型汽轮机低压转子锻件是由数百吨的钢锭直接锻 造而成，锻件的热处理过程必须考虑冶炼、铸锭、 锻造过程对大锻件内部质量的影响，如化学成分不 均匀、冶金缺陷、晶粒粗大（包括混晶）、较多的 气体如氢气，较大的锻造应力和热处理应力等；
• 转子大锻件的热处理过程非常复杂且工艺周期长； • 低压转子锻件的热处理分为锻后热处理和最终热处
固态相变工程实例介绍
I.轧机支承辊热处理相变组织 II.汽轮机低压转子组织与冷速的关系 III.锅炉管道爆裂原因分析
合金固态相变工程实例一: 轧机支承辊热处理相变组织
支承辊
➢轧机是实现金属轧制 过程的设备。 ➢支承辊为轧机上的重 要部件，为轴类锻件. ➢冷热连轧机支承辊直 径通常在1250～1630mm, 辊身长度1400～2300mm, 锻件直径较大,锻件重 20～70t,所用钢锭在 69～119t
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支承辊
4
典型支承辊
1.基本要求： 表面硬度高/耐磨、 心部硬度低/韧性好
2. 性能要求 辊身表面硬度HS62±3， 辊颈硬度HS43±3， 淬硬层深度75 mm 3.典型材质： 45Cr4NiMoV (Cr4) 4.加工流程 真空铸锭(VT)→水压机锻造→锻后热处理→粗加工→调质 →半精加工→差温加热喷雾→回火→精加工→包装、发运
900 Ac3=843℃ Ac1=809℃
600
Ms
300
温度 (℃)
0
1
10
辊身喷淬+回火初期
P
100
1000
时 间 (s)
B
10000
1# 3# 4# 5# 6# 7#
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相变模拟中冷速对组织的影响
冷却速率℃/s 0.01 0.05
0.1
0.25
0.37 0.5 1 2
组织
GB (极少量F+P)
◆调质回火区
温度低于原调质回火温度，组 织性能基本没有变化。
P32
回 火 硬 度
温度/距离
Ac3 Ac1 调质回火区
二次回火区
两相区 淬火区
淬硬层
1.4m C4断裂支承辊实验分析
来自百度文库
内部(Ⅰ区-淬硬区)组织观察
距辊面0～80mm内显微组织形貌, 淬硬层中主要为下贝氏体回火组织，最靠近辊面区域的显微组织形 态呈典型的下贝氏体针，同时还发现有极少量的残余奥氏体
5
支承辊的热处理
1.锻后热处理：正火，球化退火，回火—利于切削加工 2.预备热处理：调质（950℃，15h油淬+回火）—保证辊颈 硬度和综合力学性能
预备热处理曲线
3.最终热处理：火焰表面加热970℃,2h 喷雾冷却+ 560℃， 48h回火—满足表面组织性能要求
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CCT图
• Cr4钢静态CCT图
表面 （Ⅰ区） 试样 1 → 2
近表面 （Ⅱ区） 试样 3 → 4
200mm
内部 （Ⅲ区） 试样 5 → 8
1 → 2硬度很高，硬度缓慢下降，对应 图中深灰色区域；
2 → 4硬度开始陡降，并降至最低点， 对应图中浅灰色区域；
4 → 8硬度逐渐升高，对应图中白亮区 域；
8 → 10硬度趋于平稳，对应图中暗白色
11
内部(Ⅱ区-两相区)组织观察
距辊面81～130mm内显微组织形貌 在距辊面81～130mm的次表淬硬层中，下贝氏体针状特征已经弱化，有 向上贝氏体形态转化的趋势，屈氏体组织形态开始逐渐出现
12
内部(Ⅲ区--二次回火区)组织观察
5
6
从金相组织上来看，
5→8号试样中片状珠光
体逐渐增多，并且体积
变大。从扫描电镜下观
察，片珠光体内的片层
7
8
结构逐渐清晰，并且珠
光体呈现出团簇的形貌
特征。
P23
1.4m C4断裂支承辊实验分析
内部(Ⅲ区--二次回火区)组织观察
5
6
从金相组织上来看，
5→8号试样中针状组织
逐渐减少，大小没有规
律性变化。从扫描电镜
下观察，针状组织内部
7
8
变化不明显，但周围粒
状组织逐渐增多，两者
界限变得平滑。