深度解析2GCr15钢的液态碳化过程

GCr15钢中的主要合金元素是碳和铬，碳是偏析倾向极高的元素，铬的偏析倾向虽不高，但易形成碳化物。GCr15钢在平衡状态下冷却到室温的组织是珠光体和二次碳化物（Cr，Fe）₃C。但是，由于树枝状偏析的结果，钢锭或连铸坯树枝晶之间会出现大量的大块状共晶碳化物。具有严重树枝状偏析的钢锭或连铸坯如果在加热过程中碳化物没有得到充分的扩散，共晶碳化物没有被溶解，那么保留在钢中的共晶碳化物在随后的轧制过程中将会被破碎成不规则的角状小块，沿着轧制延伸方向分布，成为碳化物液析。碳化物液析属于三角晶系碳化物，硬度极高，它的存在会使轴承零件在热处理过程中容易产生淬火裂纹。在使用过程中处于表面层的液析碳化物容易剥落成为磨损的起源，显著降低轴承零件的耐磨性，处于内部的液析碳化物和脆性夹杂物一样是疲劳裂纹的起源，显著降低轴承零件的疲劳寿命。GCr15钢在凝固过程中不同程度地存在着宏观和微观偏析，在生产中，首先应从冶炼浇注工艺着手，尽最大可能降低偏析程度，控制好初生碳化物的形状，然后在加工工序采取合理的扩散处理措施，才能取得较好的效果。就轧钢工序而言，提高加热温度，延长加热时间，是消除液析的有效途径。

连铸坯凝固时所出现的液析碳化物，是液相中碳及合金元素富集而产生的亚稳莱氏共晶体，根据铁碳相图，共晶转变的温度约1148℃，碳在γ-Fe最大溶解度为2.11%，而82MnA中碳的质量分数在0.82%左右，正常情况下难以形成共晶反应，但如果连铸坯浇注条件不良（如钢液浇注温度偏高、连铸坯冷凝速度缓慢），连铸坯坯形不合理等所导致的严重树枝晶偏析，在连铸坯凝固时会产生碳、锰、铬、磷等元素的偏析，特别是在树枝晶之间最后剩余的残余液内，碳元素的富集程度高，锰、铬、磷元素的富集程度也很高，这样就达到了共晶浓度，它将以共晶结晶方式形成熔融状态的共晶碳化物。磷、锰、铬元素降低碳在奥氏体中最大溶解度的综合结果，使得钢液中局部区域可达共晶浓度，在连铸坯中心区易产生液析。通常认为，磷不是液析碳化物形成元素，但是在我们的X射线能谱分析的能谱图和元素面分布图中确实检测到磷元素，而且磷含量很高，分析认为磷并不与液析碳化物形成共溶体，而是以密集的小颗粒镶嵌在液析碳化物之中，在铸坯中心附近金相观察发现的液析碳化物中的黑色小颗粒就是磷的颗粒。连铸坯中液析碳化物经热加工后沿轧制方向分布，其形状一般为链状、块状及条状，一般认为属三角晶系的碳化物。液析碳化物硬度高，脆性大，与网状碳化物、带状碳化物相比，其危害最大。

碳化物液析是指尺寸一般较大、孤立的一次碳化物，并沿轧制方向呈短条状或断开的链状分布，经常出现在碳化物的带上，如图8-62所示。

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图8-62 GCr15SiMn钢心部液析碳化物沿晶界析出（碳偏析）

液析碳化物具有很高的硬度和脆性，其使轴承钢的耐磨性降低，而且由于大块状液析碳化物的存在，在热处理淬火时易产生裂纹且导致轴承零件的组织和力学性能的各向异性。在轴承零件磨削加工过程中，大块状液析碳化物容易从钢的基体上剥落下来而形成凹坑，影响轴承零件的加工精度并使轴承的噪音增大。另外，液析碳化物危害性同脆性夹杂物一样，可以大大降低轴承的接触疲劳强度、使用寿命和可靠性，降低轴承零件的冲击性能等。