随着社会的发展，一些重要的领域，如码头、公路、铁路、建筑等对高碳钢丝绳和钢绞线的需求也逐渐增加，对于高强度、大规格预应力钢绞线和钢丝绳，82B高碳钢盘条是重要的原材料，因此对82B高碳钢的品质有着较高的要求，要确保其化学成分稳定，显微组织均匀且无异常，还要有较好的力学性能。
研究人员以82B高碳钢为研究对象，绘制了82B高碳钢的连续冷却转变(CCT)曲线，研究了冷却过程中其内部组织的转变规律，分析了82B高碳钢组织在不同冷却速率下的差异，结果可为优化工艺及控冷效果提供一定的理论依据。
1、 试验材料及试验方法
1.1 试验材料
试验材料为某单位生产的82B高碳钢盘条，其化学成分如表1所示。将试样进行后续精加工，制成规格(直径×长度)为6mm×80mm的热模拟圆棒试样，其结构如图1所示。
1.2 试验方法
在热模拟试验机上测定82B高碳钢的CCT曲线，以确定其相变温度区间及对应的冷却速率。将热模拟圆棒试样以恒定的加热速率进行加热，达到奥氏体化温度后，保温一定时间，分别以不同的冷却速率进行恒速冷却，试验过程中用膨胀仪测定出试样的温度随膨胀量变化的曲线，试验后利用Origin软件在温度-膨胀量曲线上以切线法来确定不同相的转变温度。试验中使用氩气为保护气体，以防止试样被氧化,确保试验结果的准确性。
完成热模拟试验后，将热模拟试样分别制成金相试样及拉伸试样，用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察其显微组织,测定索氏体化率及片层间距；用拉力试验机测试其抗拉强度和断面收缩率。
2、 试验内容
2.1 82B高碳钢临界转变温度的测定
依照YB/T5127—2018《钢的临界点测定 膨胀法》中的要求，利用膨胀法测定82B高碳钢的临界转变温度，其 加热速率和冷却速率应小于200℃/h。在不影响试验结果的前提下，为了缩短试验时间，可以在较低温度时快速加热。在小于500℃时快速加热，在超过500℃及奥氏体化后进行冷却时，都要严格按照小于200℃/h的速率进行冷却。以2℃/s的加热速率将试样加热到500℃，之后按照200℃/h的加热速率将试样加热到830℃，保温10min后，以200℃/h的冷却速率将试样冷却，测得试样的临界转变温度(见表2，Ac1 为加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度；Accm为加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度；Ar1为冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度；Arcm为冷却时析出二次渗碳体的温度)。
2.2 82B高碳钢CCT曲线的测定
将热模拟圆棒试样以10℃/s的加热速率加热到830℃，保温10min，再分别以0.5，1，2，3，4，5，7，10，12，14，16，18，20，25，30，50℃/s的不同冷却速率进行冷却，其工艺过程曲线如图2所示。
当82B高碳钢的组织发生转变时，其冷却曲线偏离纯冷线性收缩线，曲线出现拐折，拐折的起点和终点所对应转变的温度分别是相变开始点及结束点。依据热模拟试验机测出的不同冷却速率下试样的温度-膨胀量曲线，将不同冷却速率下的开始温度、结束温度和相转变量等数据综合绘制在温度-时间对数的坐标中，即得到CCT曲线。
3、 试验结果
3.1 CCT曲线的绘制
将试样冷却时的温度-膨胀量曲线同显微组织相互结合，采用切线法确定出不同冷却速率下试样的相变转变温度(见表3，其中A为奥氏体，P为珠光体，S为索氏体，T为屈氏体，B为贝氏体，M为马氏体)，在温度-时间对数坐标中，将具有相同性质的相变开始点和结束点分别连接起来，即得到CCT曲线(见图3)。
由表3可知：当冷却速率为0.5~4℃/s时，显微组织为索氏体和珠光体；当冷却速率为5~7℃/s时，组织为索氏体、珠光体和少量马氏体；当冷却速率为10~12℃/s时，组织为索氏体、马氏体和少量珠光体；当冷却速率为14℃/s时，组织为索氏体和马氏 体，并且索氏体逐渐细化；当冷却速 率为16℃/s时，组织为索氏体、马氏体和屈氏体，随着冷却速率继续增大，索氏体变为屈氏体，马氏体含量逐渐增多，并且有少量贝氏体。
图3中CCT曲线的冷却速率从左向右依次为：50，30，25，20，18，16，14，12，10，7，5，4，3，2，1，0.5℃/s，构成CCT曲线的主要是发生珠光体转变的开始线、珠光体转变的终止线、马氏体转变线。在CCT曲线的快速冷却区并未绘制出贝氏体转变区，而实际在冷却速率大于18℃/s时，会有少量贝氏体转变，但因膨胀曲线没有明显拐点，无法区分贝氏体转变开始点与结束点，因此在CCT曲线中并未绘制。
从图3可以看出：过冷奥氏体在连续冷却时，在冷却速率不同的情况下，发生的转变以及组织也有差异。当冷却速率较小时，转变开始温度及结束温度比较高，随着冷却速率继续增大，转变开始温度及结束温度降低，且在相同的转变组织区域内，随着冷却速率的增大，组织转变所经历的温度区间也随之增大。
3.2 不同冷却速率下的显微组织分析
将热模拟试样沿着热电偶焊接处横向切开，经过磨制、抛光后，用4%(体积分数)的硝酸乙醇溶液进行试样的腐蚀，观察试样横截面的显微组织，图4为不同冷却速率下82B高碳钢的显微组织形貌。
由图4可知：当冷却速率小于5℃/s时，室温(25℃)下组织为珠光体和索氏体，且随着冷却速率的增大，珠光体含量逐渐减少，索氏体含量逐渐增加，两种组织主要区别在于片层间距不同；当冷却速率为5℃/s时，组织为珠光体、索氏体和马氏体，此时索氏体含量最大，开始出现马氏体，随着冷却速率继续增大，索氏体含量逐渐减少，马氏体含量逐渐增大[见图4c)，4d)]；当冷却速率为30℃/s时，组织为屈氏体、马氏体和少量贝氏体，该冷却速率下的组织以马氏体为主，索氏体在快速冷却速率下转变为片层间 距更细的屈氏体；冷却速率继续增大为50℃/s时，无珠光体相转变,室温下试样组织为马氏体和少量的贝氏体。组织中的马氏体和贝氏体均为异常组织，该异常组织出现后会降低82B高碳钢盘条的整体性能，因此室温下的组织中应得到尽可能多的索氏体来满足82B高碳钢的正常使用。
3.3 不同冷却速率对索氏体片层的影响
在冷却速率大于5℃/s时，开始出现马氏体组织，由于马氏体为异常组织，该组织会直接影响试样的整体性能，所以在实际生产中是不希望出现该异常组织的，而是尽可能得到索氏体组织，然而过多的索氏体会使试样强度太高、塑性太差，使试样的力学性能下降，因此对冷却速率为1~5℃/s的试样，需要利用扫描电镜进一步分析。
图5为1~5℃/s冷却速率下82B高碳钢的SEM形貌，从图5可以看出：随着冷却速率的增加，索氏体平均片层间距逐渐减小，且变得均匀细密。不同冷却速率下的索氏体片层间距和力学性能如表4所示，可知在冷却速率为5℃/s时索氏体片层间距最小。
由于连续冷却转变与等温转变不同，连续冷却是在一段时间内连续降温，而在等温转变过程中，影响珠光体(索氏体)片层间距的主要因素是转变温度。随着转变温度的降低，会形成越来越细的珠光体组织，所以可以将等温转变与连续冷却转变相结合，将连续冷却过程划分成间隔为Δt的n个等温过程，连续冷却过程是这n个等温过程的一个组合。由CCT曲线和试验数据可知，当冷却速率越大时，珠光体转变所在的温度区间也越大，而开始转变的温度也越低，所以珠光体(索氏体)片层间距也就越小。
随着冷却速率的增大，索氏体化率也在增大，在冷却速率为5℃/s时索氏体化率最大，为90.01%，可以发现索氏体化率与索氏体片层间距有较好的对应性；试样的抗拉强度及断面收缩率在冷却速率为3℃/s时达到了最佳，抗拉强度为1250MPa，断面收缩率为32%，有着较高的强度与较好的塑性。因此，通过上述分析可以得出，该试验最佳的冷却速率为小于5℃/s，可确保82B高碳钢组织的正常，且82B高碳钢在冷却速率为3℃/s时的综合性能最佳。
4、 结论
(1)82B高碳钢临界点Ac1为731℃，Accm为780℃。
(2)冷却速率在0.5~4℃/s时，82B高碳钢的组织转变为珠光体和索氏体；冷却速率为5℃/s时，开始出现马氏体；当冷却速率为5~30℃/s时，马氏体逐渐增多，珠光体和索氏体逐渐减少；当冷却速率达到50℃/s时，其组织为马氏体。82B高碳钢的最佳冷却速率应该控制在5℃/s以内，以避免产生马氏体组织，从而得到适量的珠光体和索氏体组织，以提高82B高碳钢的整体性能。
