熱加工行業(yè)論壇（www.rjghome.com）——熱加工行業(yè)人員的網(wǎng)上技術(shù)交流家園,。以冶煉,、鑄造、鍛壓,、焊接,、熱處理、理化檢測等相關(guān)知識為主,，以機加工,、電腦設(shè)計等知識為輔的行業(yè)技術(shù)網(wǎng)站。點擊標題下藍字“熱加工論壇”免費關(guān)注,，我們將為您提供鑄造,、鍛造、熱處理,、焊接方面知識的延伸,。 磨損是工件失效的主要形式之一，普遍存在于鋼鐵材料的各個應用領(lǐng)域,。雖然由于磨損失效帶來的災難性后果很少見,，但由于磨損導致工件失效而帶來的工業(yè)經(jīng)濟損失卻相當驚人。世界上每年由于磨損而產(chǎn)生的能源消耗比例高達1/2，有80%的材料由于磨損引起的不可靠應用而失效,。雖然金屬材料的磨損不會直接造成嚴重后果,，但是磨損造成工件失效所帶來的工業(yè)經(jīng)濟損失尤為嚴重。 耐磨鋼是抵抗磨損性能優(yōu)良的鋼鐵材料的統(tǒng)稱,，也是當今耐磨材料中用量最大的材料,。除了傳統(tǒng)的奧氏體錳鋼及改性高錳鋼、中錳鋼以外,，耐磨鋼按碳合量可分為低碳,、中碳、中高碳,、高碳合金耐磨鋼;按合金元素合量可分為低合金,、中合金及高合金耐磨鋼;按組織類型可分為奧氏體、貝氏體,、馬氏體耐磨鋼,。低合金耐磨鋼是在以磨損作為主要失效方式的工況下使用的低合金鋼，其成本相對較低,，因此,，研究和發(fā)展抗磨或減磨性能良好，且綜合力學性能優(yōu)良的低合金耐磨鋼,，對節(jié)能降耗,，實現(xiàn)社會經(jīng)濟又好又快發(fā)展具有重要意義。 本文主要研究低合金耐磨鋼及其通過熱處理加工工藝,，分析影響磨損失效的主要因素,，為低合金耐磨鋼強化的研究與應用提供基礎(chǔ)。 1.1合金化成分 低合金耐磨鋼,，其合金元素總量(質(zhì)量分數(shù)) <5%,，主要合金元素及其作用 : (1)碳: 高碳耐磨鋼的含碳量上限為0.7%即可,，高于0.7%時,，其硬度和塑性的提高不大。如果對耐磨性有很高的要求,，那么除了要有較高的硬度以達到耐腐蝕之外,，還必須有一定數(shù)量的碳化物，才能達到抗磨的目的,。 (2)錳: 錳是改善鋼材淬透性最強的元素,，應以Mn>0.8%為宜，以獲得較好的淬透性,。錳具有固溶,、增強鐵素體和弱碳化物的作用，能增強滲碳體，通過細化珠光體晶團,，減小珠光體層之間的距離,，使鑄態(tài)晶粒得到細化，從而改善其塑性,。 (3)鉻: 鉻可以形成多種碳化物,。鉻能在鐵素體中固溶，使鐵素體得到增強,。隨著鉻含量的提高,，鋼材的強度、塑性,、韌性均有所提高,。隨著鉻含量的增大，材料的耐磨性能得到改善,，尤其是在鉻含量低于3%的情況下,，其抗磨損性能有明顯的改善。鉻提高了淬透性,，尤其與鎳,、鉬配合使用，可以得到具有很好淬透性的鋼,。 (4)硅: 硅可使鋼的相轉(zhuǎn)變溫度升高,，使奧氏體得到穩(wěn)定。硅也是過熱敏感的元素,，特別是當錳被用作合金時,，它的作用更加明顯，因此硅的含量不宜太高,。 (5)鎳:在鋼中,，鎳對鐵素體有增強作用，但無碳化物生成,，添加鎳可以改善鋼材的淬透性,。在馬氏體抗磨鋼中，添加鎳可以使其具有較好的塑性,。在耐磨性鋼中添加鎳可以改善材料的塑性,，如珠光體、索氏體和屈氏體組織,。 (6)鉬 : 鉬是鐵素體元素,，是一種能生成碳化物的元素。鉬能提高鋼的淬透性,，將其回火穩(wěn)定性進行增強,。 (7) 稀土元素 : 稀土能使鋼中的硫含量下降，特別是在合碳量增加的情況下，強化了脫硫的作用,。鋼在添加稀土之后在低溫下具有良好的沖擊勃性,，可改善其高溫抗氧化性和耐熱疲勞性能。 (8)鈮 ,、釩,、鐵: 在高強度鋼中，這三種微合金元素是經(jīng)常被使用的,。能與碳氮形成細小的碳氮化物,，能抑制鋼的奧氏體化過程。在淬火熱處理過程中,，可以有效地抑制顆粒的生長,，并使其細化。在回火過程中,，可以在基體中形成微小的碳氮化物,，從而對基體進行強化。 低合金耐磨鋼中淬硬態(tài)組織主要有馬氏體(包括板條馬氏休和片狀馬氏體),、貝氏體(上,、下貝氏體)、殘余奧氏體和未溶碳化物等。低合金高強度耐磨鋼通過合金元素控制和淬火+低溫回火可獲得板條馬氏體和殘余奧氏體的復合組織;通過等溫處理或連續(xù)冷卻可以獲得下貝氏位或貝氏體、馬氏體的復合組織,，其耐磨性高于單純馬氏體組織的。 低合金耐磨鋼的硬度和耐磨性是其主要性能指標,，同時還要求其具有一定的塑性、韌性和脆斷抗力，較高的應變疲勞強度，良好的加工處理性能,。 國內(nèi)低合金高強度耐磨鋼通常采用鉻、鎳,、鉬等元素進行合金化,，然后通過淬火與回火工藝，獲得板條馬氏體和少量分布在板條間的殘余奧氏體,。 高強度耐磨鋼制品具有高硬度,、高韌性,、高強度等固有性能,，從而達到“高耐磨，易加工,，降低成本”的目的,。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)耐磨鋼主要依據(jù)GB/T 24186《工程機械用高強度耐磨鋼板》標準，標準中根據(jù)成分以及性能等設(shè)計了 NM300、NM360,、NM400,、NM450、NM500,、NM550 及 NM600七個耐磨等級,。許多學者和專家對這些耐磨鋼的熱處理工藝進行了研究。 低合金耐磨鋼NM300有成本低,、耐磨性等特點,，沈聰?shù)忍岢鲆环N新型的淬火-分配-冷熱循環(huán)-回火(Q-P-(CT)2-T)熱燈理方法，即以NMM300作為實驗材料,，將材料在 980℃的高溫爐中保溫1h,，隨后立即放人鹽浴爐加熱5min，進行碳分配處理,，隨后將其水冷至室溫,，1次深冷處理和200℃ 保溫處理之后，再進行一次循環(huán),，溫度和時間不發(fā)生變化,，隨后進行250℃ 的回火。該工藝可以使NM300耐磨鋼中的奧氏體發(fā)生不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,，從而使NM300耐磨鋼中的碳化物沉淀和細化顯微組織,。其抗拉強度、屈服強度,、抗沖擊強度均得到提高,，表現(xiàn)出良好的綜合機械性能。 劉春泉等采用淬火(900±10)℃ 保溫0.5h 淬火加不同回火溫度的熱處理工藝對NM360鋼板進行加工,。由于馬氏體中的碳化物不斷析出,，含碳量持續(xù)下降，使其抗拉強度持續(xù)下降,。隨著回火溫度的升高,，馬氏體中的孿晶數(shù)量不斷減少，從而導致NM360硬度下降,。在回火溫度為250℃時,，其拉伸強度、屈服強度都得到了最大的提高,，回火溫度300℃以后,，其拉伸強度、硬度都迅速降低,，且回火溫度越高,，其抗拉強度和硬度就越低,。麻衡等以NM360鋼板作為實驗基體，在保證微合金元素強化的前提下,，經(jīng)過淬火十回火處理,，即在Ac3+(30- 50) ℃淬火，確保得到馬氏體基體組織,，再經(jīng)250℃的低溫回火消除淬火應力,，以或少脆性，獲得回火馬氏體組織,。即得出該鋼板最佳生產(chǎn)工藝為920℃淬火+250℃回火處理,，韌性和硬度均有提高，且具有較好的耐磨性,。 NM400的組織結(jié)構(gòu)中存在大量的板條狀馬氏體,，并且分布較為均勻，晶粒大小沒有明顯的差別,。由于具有優(yōu)良的塑韌性,、高強度、優(yōu)異的使用性能以及高耐磨性,，且可焊性和加工性能良好,，應用于抗磨損工況，如挖掘機,、推土機鏟斗板,、刃板、自卸卡車,、礦車等耐磨損的結(jié)構(gòu)件,，也常作為屈服強度大于 700MPa的高強度結(jié)構(gòu)鋼使用，是目前應用較為廣泛的一種低合金耐磨鋼,。NM400的熱處理方式通常采用淬火+低溫回火,。陳永南對NM400 鋼板進行成分設(shè)計，經(jīng)熱處理后,，NM400 的組織為馬氏體和殘留奧氏體,，其韌性和耐磨性較好，經(jīng)低溫回火處理后,，其韌性得到明顯提高,，采用250℃ 低溫回火綜合性能更優(yōu)。李燦明采用微Nb,、B,，加少量Cr成分體系，通過兩階段控軋+在線淬火+離線回火工藝方法,，成功制備出高性能高強度耐磨鋼NM400,。與傳統(tǒng)的離線萍淬火工藝相比，在線淬火可以減少奧氏體化再加熱,，提高了生產(chǎn)效率,，減少了能耗，同時還可以改善材料的組織和性能,，在線淬火鋼板硬度,、強度、斷后伸長率,、低溫韌性均更理想,，具有較好的經(jīng)濟效益和實用價值。綜上所述,，低合金耐磨鋼NM400經(jīng)過在線淬火和傳統(tǒng)離線淬火均可以得到較高的硬度,、耐磨性以及較好的韌性，在線淬火可以省去再加熱過程的能耗,，但回火溫度需采用低溫,，得到的組織綜合性能更優(yōu)。 國內(nèi)鋼廠生產(chǎn)NM450高強度耐磨鋼板多采用淬火+低溫回火熱處理工藝,。姜金星等將NM450鋼采用900℃ 保溫 30min,，水冷至室溫淬火工藝，然后進行回火處理,，經(jīng)過200℃~350℃的低溫回火,，未徹底消除NM450的偏析，但其組織變得越來越均勻,，硬度也隨之降低,。回火溫度對NM450鋼的硬度影響很大,，隨著回火溫度的升高,，NM450 的硬度有所下降，而隨著回火時間的延長,，NM450鋼的組織變化不大,，而硬度則沒有明顯的下降。麻衡等采用普通NM450 鋼,，在保證微合金元素強化的前提下,，采用控軋、軋后空冷工藝,，軋后采用淬火十回火工藝,，即在淬火溫度930℃，保溫20min ,；回火溫度200℃,，保溫 25min,，以消除淬火應力，減少脆性,，得到馬氏體+殘余奧氏體+針狀貝氏體組織,，并且從表面到心部貝氏體含量逐漸增多，尺寸增大,，分布更均勻,，從而達到最佳的綜合性能。 目前,，我國的工業(yè)應用低合金耐磨鋼板主要集中在NM450級別以下,，國內(nèi)也有一些企業(yè)能夠生產(chǎn)出NM500，但與國外同級別耐磨鋼板相比,，無論是性能還是穩(wěn)定性,，都有較大的差距。黃軍等將NM500 鋼板加熱至 900℃ 保溫后水淬,，組織為馬氏體+少量殘余奧氏體組織,，再進行不同溫度回火。當NM500淬火試樣在 150℃一 240℃ 范圍內(nèi)進行回火,，由于碳原子擴散能力弱,，馬氏體在回火時分解程度較小，位錯密度仍然保持在較高水平,，其組織未發(fā)生顯著改變,，仍保留了馬氏體形態(tài)；在270℃或更高的溫度下進行回火,，組織形態(tài)有明顯的改變,，尤其是在320℃~ 400℃時，其分布的碳化物沉淀量增加,，600℃的回火條件下,，其組織為回火索氏體。鄭健等通過 T-Mo-B 合金化系統(tǒng)將實驗鋼板進行兩個階段的控制軋制,，軋后鋼板空冷至室溫,，將熱軋鋼板加熱到870℃ 保溫 30min 后水淬，隨后在200℃進行低溫回火,，研制出了一種NM500低合金高強度耐磨鋼,，該鋼板抗拉強度為 1678MPa，強度,、塑性,、低溫韌性均較好，并且其耐磨性有較大提升,，在同等磨損情況下,，其相對耐磨性是NM400 的1.45倍,。程志彥等以自主設(shè)計的NM500級別耐磨鋼作為實驗用鋼，淬火后放入液氮中在-190℃保持24h進行深冷處理,，最后經(jīng)200°C,，0.5h得到NM500耐野鋼。經(jīng)過深冷處理的NM500組織主要為回火馬氏體,，深冷處理中殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,，減少了不穩(wěn)定相的含量,，抗拉強度,、硬度、沖擊韌性等均得到改善,，抗拉強度可達1910MMPa,，硬度可達 523HB，沖擊制性達到 24.3J/cm2,，其綜合力學性能得到了全面的提升,。 NM550 鋼與普通鋼相比，耐磨性在4倍以上,。郭秀斌所用實驗鋼在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上,，加入一定量的 Cr、B,、Mo等合金元素滿足NM550性能要求,。將實驗鋼加熱至1200℃，保溫 120min采用兩段控軋工藝,，軋后空冷至室溫,。為得到優(yōu)良的綜合力學性能，最佳淬火參數(shù)為在880℃~ 900℃加熱保溫,，最后進行低溫回火,。羅登等發(fā)現(xiàn)熱軋鋼板加熱到不同溫度(800℃ ~ 1000℃)保溫 20min 后水淬至室溫，隨后在 190℃ 進行回火,。淬火溫度在860℃一900℃時,，該NM550耐鋼具有最佳的耐磨性能。 NM600是最高級別的低合金高強度耐磨鋼,，具有極高的強度和優(yōu)良的耐磨性能等特點,。張麗佳等在普通 C-Mn 鋼的基礎(chǔ)上加入一定量的 Cr、Mo,、B等合金元素,，然后進行熱軋空冷至室溫，采用淬火溫度為 880℃,，回火溫度為 180℃的熱處理方法,，能夠獲得良好的力學性能和耐磨損性能,，且具有良好的低溫沖擊韌性。汪孿祥等將熱軋后的NM600鋼板在860℃淬火保溫30min,，200℃回火保溫 60min,，所得組織為主要是板條馬氏體還有少量的殘余奧氏體和碳化物。獲得的NM600 鋼性能為所獲得的最優(yōu)工藝性能為:抗拉強度1956.2MPa,、屈服強度1566.7MPa,、伸長率12.7%、-20℃沖擊功 19.2J,、布氏硬度 576.5HB,。力學性能在強度和硬度方面有著較大的提高。朱慶華等對NM600級別實驗耐磨鋼進行淬火溫度的研究,，在 880℃~900℃淬火時具有良好的強韌性配合,，組織為單一的馬氏體組織。在此溫度下,，淬火后得到的馬氏體板條中有較少析出物,，這對提高強度和細化晶粒結(jié)構(gòu)具有較大作用，且馬氏體板條的寬度愈細,，NM600耐磨鋼的機械性能愈佳,。 隨著耐磨鋼技術(shù)的不斷發(fā)展與應用，為了改善耐磨性鋼材的品質(zhì),，要從以下幾個方面著手： (1)采用改進精煉技術(shù),、優(yōu)化軋制、改善熱處理等工藝,，對成分組成及熱處理工藝進行了優(yōu)化,。耐磨鋼通常是通過軋后淬火十低溫回火工藝或控軋控冷技術(shù)來實現(xiàn)的，其耐磨性能主要取決于材料的硬度和韌性,，而對其進行合理的成分配比及熱處理工藝的優(yōu)化是其組織控制的關(guān)鍵,。 (2) 為節(jié)省能耗、降低生產(chǎn)成本,，應盡可能地開發(fā)具有較低價值的耐磨鋼,，對其進行了短流程的在線淬火處理。從合金的設(shè)計和工藝過程中,，開發(fā)出低成本,、高性能的耐磨鋼。通過對耐磨鋼進行在線淬火,、超快速冷卻等技術(shù)的研究,，開發(fā)出低成本的耐磨鋼，開發(fā)出低成本、高質(zhì)量的耐磨鋼,，是一個重要的合金設(shè)計和生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢,。(3)研制高強度、高耐磨性的能適應惡劣復雜工作環(huán)境的新型低合金耐磨鋼,。貝氏體鋼是新一代鋼種,，貝氏體鋼在耐磨性材料中的應用具有重要的意義，有良好的應用前景,。(4) 根據(jù)工況不同,，研究并應用不同級別低合金耐磨鋼。建立由簡單成分設(shè)計到復雜成分設(shè)計,，簡單熱處理工藝到多道熱處理工藝,，從低磨損到高磨損不同工況應用的低合金耐磨鋼系列。(5)對耐磨鋼表面處理技術(shù)進行研究與應用,。運用激光加工技術(shù)如激光表面淬火技術(shù),、激光表面熔覆技術(shù)等對耐磨鋼表面進行加工,。激光加工技術(shù)可以對一些因局部磨損嚴重而使工件設(shè)備無法繼續(xù)服役的情況進行改善,，增強局部區(qū)域的硬度、耐磨性,、抗沖擊韌性等優(yōu)良性能,；并且對于一些特殊零件，可以省去傳統(tǒng)熱處理工藝,，在保證芯部組織性能的同時增強其表面耐磨性等,。 我國耐磨鋼生產(chǎn)企業(yè)已從國外引進生產(chǎn)線，自主開發(fā)出新型耐磨鋼生產(chǎn)工藝裝備,，并采用連鑄,、表面強化等新技術(shù)，開發(fā)出組織細小均勻,、強度和塑韌性良好,、高硬度、高耐磨并具有優(yōu)良使用性能的耐磨鋼種,。我國耐磨鋼材的發(fā)展已成為必然的發(fā)展趨勢,。 隨著耐磨鋼的不斷發(fā)展和應用，提高耐磨鋼質(zhì)量,，開發(fā)高性能新型耐磨鋼顯得非常必要,。耐磨鋼一般采用軋后直接淬火+低溫回火工藝或者控軋控冷工藝，耐磨性能由材料硬度和韌性共同決定的,，優(yōu)化耐磨材料的成分和熱處理工藝對耐磨鋼的組織控制起著至關(guān)重要的作用,。采用合理的熱處理工藝，對所需材料進行加工，完善工藝流程,，從而盡量降低生產(chǎn)成本,，提高產(chǎn)品質(zhì)量。使耐磨鋼在保證高硬度的前提下,，還能維持較好的抗沖擊韌性,，使其具有優(yōu)良的機械性能和優(yōu)良的耐磨性，能適應不同工況的挖掘條件,。
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