球磨钢球是矿山、建材、煤炭等工业部门不可缺少的重要产品。与传统铸造和锻造工艺相比,利用斜轧工艺生产球磨钢球具有质量好、成本低、生产效率高、能耗低等优势。球磨钢球一般是成形后淬火+低温回火,获得具有高硬度的回火马氏体组织,但是使用中常常出现钢球破碎问题。本课题通过研究,提出通过斜轧后在线等温淬火工艺可以生产出具有马氏体/下贝氏体复相组织的球磨钢球,以提高球磨钢球硬度和韧性的匹配,提高耐磨性,降低服役中的破球率。本课题围绕60Si2CrA钢斜轧成形与等温淬火过程的组织演变相关的关键技术展开研究。进行了非等温奥氏体化热模拟实验,基于内变量法建立了包括奥氏体孕育期和奥氏体转变期的60Si2CrA钢非等温奥氏体动力学模型。基于连续冷却实验和金相确定了 60Si2CrA钢的CCT图,CCT图中有铁素体、珠光体和马氏体区,未出现贝氏体区,说明连续冷却无法得到贝氏体。借鉴所建立的奥氏体动力学模型,建立了奥氏体连续冷却动力学模型,分析了不同冷速下的内变量演变规律。在膨胀仪DIL805A上进行了贝氏体等温热模拟实验,基于贝氏体切变理论和内变量方法,引入正则化贝氏体铁素体形核半径,建立了贝氏体等温转变动力学模型。通过遗传算法分别求解了上述相变模型的材料常数,模型预测效果较好。在Gleeble-1500D热模拟机上进行了 60Si2CrA钢的高温热压缩试验,建立了基于位错密度的60Si2CrA钢的微观组织模型,模型中考虑了等效硬化、位错密度、动态再结晶等因素。应用遗传算法确定了模型中的材料常数。通过流变应力和晶粒尺寸的预测值和实验值的对比分析,表明微观组织模型理论预测值与实验符合较好。通过ueloop和plotv两个子程序接口函数,将微观组织模型嵌入到SIMUFACT FORMING软件中,同时依据钢球斜轧孔型设计的基本原则,建立了■80mm钢球斜轧有限元模型。进行了■80mm钢球斜轧实验,通过实验与有限元模拟结果对比分析,验证了所建有限元模型可以有效预测60Si2CrA钢斜轧过程中的温度场、钢球尺寸和晶粒尺寸等演变规律。结果显示,晶粒尺寸对后续热处理过程中相变影响较小。通过二次开发技术,将SIMUFACT软件的仿真结果传递到DEFORM软件中。通过FORTRAN编译器将相变模型编制在DEFORM-3D的用户子程序MSH中,实现了 60Si2CrA钢相变模型的二次开发。通过反传热方法,计算得到了 60Si2CrA的空冷换热系数。通过在线等温淬火实验与轧后相变有限元模型预测的贝氏体分数的对比,验证了所建的相变有限元模型的有效性。通过轧后等温淬火工艺,得到马氏体/下贝氏体复相组织的钢球,下贝氏体组织和回火马氏体组织的平均显微硬度分别为616HV和683HV,二者比例沿半径变化。分析了整个热处理过程中追踪点的温度、贝氏体分数和马氏体分数的演变规律。建立了60Si2CrA钢球磨钢球贝氏体体积分数标准差(S.D.)和平均值(Avf)随空冷时间、水冷时间、盐浴温度变化的响应面模型。以下贝氏体含量为15%左右、S.D.取较高值作为优化目标,对热处理工艺参数进行了优化。通过有限元模拟对优化结果进行了验证,模拟计算与响应面预测值吻合良好,优化后的Avf和S.D.均增加,贝氏体的分布更为合理。分布合理的马氏体/贝氏体复相组织的球磨钢球,随着钢球半径的减小,新表层的奥氏体与贝氏体中的残余奥氏体缓冲应力集中,发生TRIP效应使新表层硬度提高,使得钢球在半径不断减小过程中可以保持良好的强韧性匹配,表层高硬度保证耐磨性,心部韧性降低破球率。