Nb对轴承钢GCr15马氏体相变影响的原

随着航空航天、能源和轨道交通等装备制造业的快速发展，高端装备包括轴承钢在内的高品质特殊钢需求强烈，且质量要求极高。GCr15作为一种高碳铬轴承钢，是重要的基础机械零件，其质量包括使用性能、寿命和可靠性，均有严格要求。采用微合金化技术是提高轴承钢质量的常用方法之一。
鉴于此，本工作选用不同Nb含量的轴承钢GCr15，采用高温激光共聚焦显微镜，对马氏体转变过程进行原位观察，了解Nb元素对马氏体转变的影响，为铌微合金化技术在中高碳钢中的应用提供基础。
试验材料来自国内某特殊钢厂生产的冷加工用轴承钢GCr15热轧Φ28mm棒材，其化学成分如表1所示。其中，1号实验钢未添加Nb，2号和3号试验钢分别添加了0.018%和0.040%Nb。
从棒材横截面1/2圆环处截取Φ7.5mm×3mm的小圆柱试样，上下底面磨平并选择其中一面抛光，作为观察面。采用VL2000DX-SVF17SP型高温激光共聚焦显微镜设备，3种试验钢均以2℃/s的速度加热到700℃，再以0.3℃/s的速度加热到1300℃，保温10min后急冷。原位观察冷却过程中马氏体形核和生长的过程及行为。
表1 试验钢的化学成分（质量分数，%）
试验钢CSiMnPSCrTiNbONFe
1号1.00.240.360.0080.0021.500.005/0.00110.0044余
2号1.00.280.350.0100.0021.540.0080.0180.00140.0044余
3号1.00.320.390.0140.0031.520.0100.0400.00150.0041余

    结果表明：在马氏体相变过程中，板条状浮凸优先沿奥氏体晶界以及马氏体板条状形成，并与已有马氏体板条呈60°、120°或平行分布，马氏体数量急速增多，转变速率由快到慢，后形成的马氏体板条长度比先形成的短。添加0.018%和0.040%Nb微合金能将GCr15的Ms点分别提高8.3℃和11.5℃。说明Nb元素会提高Ms点，促进马氏体相变。