NM400級低合金高強度耐磨鋼的開發(fā)及其組織性能研究.pdf

1、低合金高強度耐磨鋼由于具有高硬度、良好韌性和可焊接性，廣泛應(yīng)用于工作條件惡劣的工程、采礦等機械設(shè)備上，能在較大程度上抵抗磨損和沖擊給設(shè)備帶來的損失，延長機械設(shè)備使用壽命。隨著工程機械行業(yè)的不斷發(fā)展，低合金高強度耐磨鋼的需求量顯著增多。目前，國內(nèi)生產(chǎn)中還存在著如合金添加量較多，力學(xué)性能不穩(wěn)定，低溫沖擊韌性差等問題，給穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)帶來一定困難。
　　基于此，本文針對用戶需求量較大的NM400級高強度耐磨鋼，對其軋制工藝及熱處理過程

2、中的組織演變及力學(xué)性能變化規(guī)律進行了系統(tǒng)研究。在普通C-Mn鋼基礎(chǔ)上，采用少量Ti、Cr、B等元素合金化處理，通過組織性能調(diào)控，開發(fā)出具有高強度、高硬度和良好低溫沖擊韌性的低成本NM400級低合金高強度耐磨鋼板。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了連續(xù)冷卻過程奧氏體相變規(guī)律，并對離線淬火處理(RQ-ReheatQuenching)及在線超快冷(UFC-Ultra Fast Cooling)兩種生產(chǎn)方式進行了可行性分析。
　　

3、隨冷卻速率的提高，冷卻組織由粒狀結(jié)構(gòu)逐漸向愈加細(xì)化的板條狀結(jié)構(gòu)過渡。Mo、Ni元素均能降低鐵素體相變溫度、使CCT(Continuous Cooling Transformation)曲線右移。冷卻速率在10℃/s以上時，各實驗鋼維氏硬度均高于400HV，采用RQ和UFC兩種生產(chǎn)方式均具有可行性。
　　(2)分析了熱變形奧氏體的動態(tài)再結(jié)晶規(guī)律、軋制及冷卻工藝參數(shù)對軋后組織以及后續(xù)RQ組織轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律、軋制工藝及冷卻路徑對UFC組

4、織轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律。
　　回歸計算得出實驗鋼動態(tài)再結(jié)晶激活能為450.78kJ/mol，并得到其本構(gòu)方程。低冷速下低溫變形時容易形成粒狀貝氏體，高溫變形易形成寬板條貝氏體。提高冷速使板條變細(xì)。應(yīng)變量增加，奧氏體晶粒內(nèi)界面增多，抑制貝氏體板條長大。RQ工藝下，奧氏體晶粒尺寸隨加熱前的貝氏體相界面增多、板條細(xì)化、碳化物分散度提高以及原奧氏體晶粒尺寸減小而產(chǎn)生細(xì)化。UFC工藝下，直接淬火(DQ-Direct Quenching)可獲板條馬

5、氏體，以10℃/s冷速冷至Ms點以下獲貝氏體+馬氏體，冷至Ms點以上獲板條貝氏體。
　　(3)針對傳統(tǒng)RQ工藝，研究了淬火溫度和時間對組織、力學(xué)性能及淬透性的影響規(guī)律，分析了不同奧氏體化條件下淬火馬氏體形態(tài)與微觀亞結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。
　　淬火溫度在830～910℃，淬透性隨溫度升高逐漸提高，超過910℃淬透性降低。淬火溫度低于850℃時，830℃淬火強韌性匹配較好;高于850℃時，910℃淬火時綜合性能最佳;加熱至930℃以上

6、或時間延長，強韌性下降。隨原始奧氏體晶粒尺寸增大，板條(Lath)寬度無明顯變化，原奧氏體晶界、板條束(Packet)邊界和板條塊(Block)邊界等大角度晶界比例減小，有效晶粒尺寸增加。
　　(4)提出了亞溫淬火(IQ-Intercritical Quenching)熱處理工藝，通過IQ或RQ+IQ處理對馬氏體和鐵素體的復(fù)相組織進行調(diào)控，在保證鋼板硬度的同時提高鋼板韌性。馬氏體基體上鐵素體的內(nèi)部高密度位錯及大量析出使其得到復(fù)合強

7、化。大塊的鐵素體對韌性不利，細(xì)而分散的鐵素體對韌性有利。保溫時間延長，鐵素體尺寸減小并愈加分散，強度和韌性均得到提高。RQ+IQ比IQ更易獲得細(xì)而窄的鐵素體和更好的韌性。
　　(5)針對UFC工藝，通過DQ方式獲得多種強化機制強化的馬氏體，提高鋼板強度和硬度，且有利于縮短生產(chǎn)流程，節(jié)約資源和能源。
　　DQ的軋制過程會對原始奧氏體晶粒狀態(tài)產(chǎn)生影響，奧氏體區(qū)反復(fù)變形使板條束尺寸變小，部分板條發(fā)生碎化和細(xì)化，獲得高密度位錯，增強

8、了位錯強化及細(xì)晶強化作用。
　　(6)分析了回火過程中的強韌性變化規(guī)律以及碳原子脫溶、碳化物析出、碳化物類型轉(zhuǎn)變、殘余奧氏體分解以及基體狀態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)變化。
　　在200℃和250℃回火時，馬氏體板條上高密度位錯、過飽和碳原子固溶、ε-碳化物細(xì)小彌散分布及板條間殘余奧氏體薄膜使實驗鋼獲得了硬度和低溫沖擊韌性的良好配合。300℃回火時，滲碳體代替過渡碳化物，殘余奧氏體分解成碳化物，強度、硬度和韌性均下降。350℃以上，滲碳體開

9、始粗化。500～600℃，板條界和原奧氏體晶界處滲碳體優(yōu)先長大和球化，基體碳含量和位錯密度顯著降低，硬度大幅下降，韌性顯著提高。Mo、Ni元素提高了抗回火軟化能力。回火處理時應(yīng)避開的脆性區(qū)間為300～400℃。
　　基于以上理論研究成果，并依托國產(chǎn)中厚板輥式淬火生產(chǎn)線，以較低的合金添加量，優(yōu)化的生產(chǎn)工藝，在國內(nèi)某鋼廠成功生產(chǎn)出6～50mm的NM400級低合金高強度耐磨鋼，合格率在99％以上，鋼板力學(xué)性能均勻、穩(wěn)定，薄規(guī)格板形及焊接