本试验4330V钢样品取自某企业生产的ϕ180mm 4330V低合金高强度钢。冶炼工艺流程为：70t电弧炉冶炼→LF炉精炼→RH炉真空处理→模铸3t电炉锭→缓冷加热→1350轧机开坯→750轧机轧制→缓冷退火。其化学成分见表1。

根据YB/T 5127—2018，利用DIL805 L型热膨胀仪测定试样在加热过程中的临界点A_c1（珠光体向奥氏体转变的开始温度）、A_c3（铁素体完全溶解进奥氏体的结束温度）及不同冷速下的热膨胀曲线。从钢棒半径二分之一处取ϕ4mm、长度10mm的圆棒，以10℃/s的升温速率升温至900℃后保温300s，使其完全奥氏体化，然后以0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、1、3、5、10、30℃/s的冷却速率冷却至室温，如图1所示，记录整个过程中试样的纵向长度随着温度上升或者下降而发生的变化。采用切线法确定相变点，根据YB/T 5128—2018 绘制4330V钢的CCT曲线。

对热膨胀试验后的试样进行镶嵌、研磨、抛光，将其制备成金相试样，采用4%硝酸酒精溶液腐蚀，利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察试样的显微组织。利用显微硬度计测试不同冷却速度下试样的显微硬度，加载载荷为0.2kg，加载时间为10s，测定试样的HV0.2硬度，每个试样测试6个点，取平均值。

2.1 4330V钢不同冷却速度下的显微组织及显微硬度

图2和图3为4330V钢在不同冷却速度下的金相显微镜及扫描电镜的显微组织。从图中2和图3可以看出，当冷却速度小于0.15℃/s时，组织为贝氏体和少量铁素体，在冷却速度加快的过程中，铁素体含量逐步降低，贝氏体含量则逐步升高，如图2（a）-（c）和图3（a）-（c）所示；当冷却速度增加到0.2~1℃/s时，铁素体消失，组织中出现马氏体，此时试验钢中的显微组织为马氏体+贝氏体，如图2（d）-（h）和图3（d）-（h）所示；当冷却速度增加到3℃/s以上时，组织全部为马氏体组织，如图2（i）-（l）和图3（i）-（l）所示。

图3为4330V钢不同冷却速度下的HV 0.2显微硬度值。从图4中可以得知，随着冷却速度的加快，4330V钢的硬度整体呈上升趋势，当冷却速度≤1℃/s时，硬度会随着贝氏体及马氏体含量的先后增加而迅速上升，当冷却速度≥3℃/s时，组织为完全马氏体，此时硬度基本趋于稳定。

2.2 4330V钢的连续冷却转变CCT曲线

将试样置于室温环境下，以10℃/s的加热速率进行升温，直至温度达到900 ℃。在此升温历程中，试样首先经过Ac1点，对应的温度为703℃，从此时起试样开始发生奥氏体化转变，热膨胀曲线呈现出明显的拐点特征。当温度升高至拐点Ac3点，即769℃时，试样完全奥氏体化。随后对试样进行10min的保温处理，待保温结束后，控制试样的冷却速度，进而获得试验钢在不同冷却速度条件下的热膨胀曲线，相关结果如图5所示。根据切线法得出不同冷却速度下的转变点，依据组织及硬度结果绘制出4330V钢的CCT曲线，如图6所示。从图4中可以发现，若冷却速度低于0.15℃/s，其组织构成是少量铁素体与贝氏体；冷却速率在0.2 ~1℃/s区间时，组织由贝氏体和马氏体构成；而当冷却速度≥3℃/s时，组织全部是马氏体。

4330V低合金高强度钢中V、Cr、Ni、Mo等合金元素含量较高，在上述元素的协同作用下，不仅能显著提高过冷奥氏体的化学稳定性与热稳定性，还可在钢中形成弥散分布的稳定碳化物，从而有效抑制珠光体相变的形核与长大。因此，图5、图6中未出现珠光体转变区。在连续冷却条件下，受原子浓度起伏、晶体结构起伏及能量起伏的协同影响，过冷奥氏体内自发形成贫碳区与富碳区。当热力学条件满足时，铁素体将择优在能量较低的贫碳区形核。由于铁素体为碳的间隙固溶体且固溶度极低，其内部碳元素处于过饱和状态，多余的碳原子不断析出并向周边奥氏体区域扩散，这一碳迁移过程为铁素体的持续生长提供了驱动力。随冷却过程持续进行，温度不断降低促使相邻铁素体区域相互接触并发生合并，但受原奥氏体晶界处能量状态与元素分布的限制，铁素体在晶界处停止生长，这一过程使得铁素体晶粒间及原奥氏体晶界处的残余奥氏体区域不断被压缩。同时，被压缩的奥氏体内因持续接收铁素体析出的碳原子而导致碳浓度显著升高，其化学稳定性随之增强，最终以过冷奥氏体状态暂时保留。在后续的连续冷却过程中，这些富碳奥氏体区域进一步转变为贝氏体或马氏体组织。

在冷却速度低于3℃/s的条件下，随冷却速度的逐渐提高，贝氏体相变的起始温度（Bs点）呈现出明显的下降趋势。冷却速度增大直接导致相变过冷度显著提升，而过冷度的增加使贝氏体形核的临界自由能相应降低，从而降低形核阻力、促进形核过程发生；由于相变驱动力与过冷度呈正相关关系，过冷度的增大使得相变在更低的温度下获取足够驱动力，最终表现为贝氏体相变起始温度的降低。

由图4所示的硬度-冷却速率关系曲线可知，冷却速度为0.05、0.1、0.15℃/s时，4330V 钢的硬度分别为384、442、446HV。结合显微组织观察结果，冷却速度在0.05～0.15℃/s时，4330V钢的组织主要以贝氏体+铁素体为主，为高温、中温两相复合转变区，该区间内4330V钢硬度值均低于450HV 。冷却速度达到0.2℃/s 时，4330V 钢开始发生马氏体转变，随着冷却速度的提升至0.2、0.3、0.4 、0.5、1℃/s时，4330V钢中马氏体含量的上升使得4330V钢的硬度迅速提高，对应的硬度分别为472、515、546、555、577HV。冷却速度为3、5、10、30℃/s时，4330V钢的硬度分别为593、597、604、604HV。与冷却速度≤1℃/s时4330V钢的硬度迅速攀升的趋势形成鲜明的对比，冷却速度≥3℃/s时，4330V钢显微组织已完全转变为马氏体，故硬度基本趋于平稳。