摘要:采用Ti-Cr-B微合金化成分设计、奥氏体再结晶区直接轧制及淬火加低温回火的热处理工艺开发出低成本的NM400耐磨钢板利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对其组织、性能、断口形貌及析出物进行了研究结果表明:试验钢的组织主要为高密度位错板条马氏体及分布在板条上的碳化物;抗拉强度1400MPa表面硬度HV450-40冲击功在60J以上;钢板淬透性好厚度方向硬度分布均匀;除固溶强化和细晶强化外马氏体板条上的大量位错以及10nm左右的Ti(CN)析出颗粒起到强烈的硬化作用;经能谱分析断口韧窝处存在的第二相粒子主要为MnS和Al2O3颗粒 尺寸在2m左右。 上图为NM400耐磨钢板，规格为20*2700*6900与高锰钢、耐磨铸铁等耐磨材料相比低合金耐磨钢板具有更为优良的强韧性和耐磨性成本相对较低;NM400由于具有高硬度和良好韧性同时又具有可焊性及可加工性因此得到广泛应用，国外这种耐磨钢板的的销量一路看好，目前国内一些钢厂也开始逐渐投入此种耐磨钢板的生产和研发中，旨在降低合金添加种类和含量，降低生产成本，提高冲击韧性，在C-Mn钢的基础上采用Ti-Cr-B微合金化的成分设计在不添加MoNi等贵重金属元素的条件下充分利用C的固溶强化作用和MnCr和B能提高钢的淬透性的特点以及Ti具有细化晶粒及析出硬化作用采用奥氏体再结晶区直接轧制以及淬火加低温回火的热处理工艺开发出一种低成本的NM400耐磨钢板在保证高硬度的同时还获得了良好的低温冲击韧性。1试验钢的成分及工艺采用真空感应熔炼获得150kg钢锭将其锻成80mm120mmL的方坯其化学成分(质量分数%)为:C0.18~0.20Si0.2~0.5Mn1.2~1.6P0.015S0.003Ti0.015~0.02Cr0.18~0.20B0.002Al0.02~0.04O0.0045N0.0045Fe余量。将方坯加热至1200保温120min在450mm热轧试验机组上采用奥氏体再结晶区直接轧制工艺进行热轧，开轧温度为1100~1050终轧温度950累计压下率70%压下规程为80mm61mm43mm31mm23mm17mm14mm12mm轧后空冷至室温热处理采用淬火+低温回火工艺奥氏体化温度范围为900~950保温20~40min后水淬回火加热温度为200~300保温30~50min后空冷至室温用HV-50A型维氏硬度计测量宏观硬度在液压式 材料试验机上进行拉伸试验在Instron250HV型落锤冲击试验机上进行低温冲击试验用LEICA-DMIRM多功能光学显微镜和JSM-5500LV扫描电镜对显微组织及断口进行观察利用透射电镜对试样组织的精细结构进行观察。2试验钢的力学性能经奥氏体再结晶区轧制及淬火回火处理后试验钢的表面硬度达到HV450以上抗拉强度达到1460MPa屈服强度为1160MPa延伸率为15%-20和-40的冲击韧度分别为66和62J;可见试验钢具有良好的硬度和韧性匹配，该试验钢在拉伸变形时无屈服平台具有较强的连续屈服能力;钢板在厚度方向上硬度分布均匀良好的淬透性使钢板心部也能保持较高硬度可有效抵抗磨损而延长使用寿命。3试验钢的微观组织3.1显微组织如图1所示试验钢的显微组织主要为回火马氏体组织原晶粒内部被分割成多个不同延伸方向的马氏体束见图1a中白色箭头所指区域;同时可以观察到衬度不同马氏体块见黑色箭头所指区域细小碳化物弥散分布在板条内部和板条之间经XRD检测没有检测到残余奥氏体组织从表面、厚度方向1/4处、心部的显微组织中可以看出由于MnCrB等元素的添加钢板表面到心部的马氏体组织较为完全晶粒大小差别不明显表面组织更为均匀 图（1）试验钢的光学显微组织（a）表面组织（b）厚度方向1/4处组织（c）心部组织用透射电镜进一步观察试验钢的显微组织如图2所示:马氏体板条平行分布尺寸一般在0.2m左右板条上分布着大量碳化物及析出颗粒高密度的位错纠缠在一起，以间隙式溶入的饱和碳原子强烈地引起点阵畸变形成以碳原子为中心的应力场这个应力场与位错发生交互作用从而使碳钉扎位错起到主要的硬化作用此外渗碳体的弥散析出使马氏体晶体内产生超显微结构的不均匀性对硬化亦有一定的作用但作用远小于碳的固溶试验钢中的碳化物呈棒状和细片状至少指向三个方向见图2b中箭头所指;低温回火时渗碳体在马氏体板条中形核沿马氏体的(110)惯习面长成细片状并与基体有确定的晶体学关系:(001)(211)[100][011][010][111]如图3a所示试验钢的碳化物宽约10~30nm长约50~100nm 图（2）试验钢的透射照片(a)马氏体板条;(b)碳化物分布;(c)高密度位错 3.2析出物由试验钢的力学性能及图1、图2可知试验钢经淬火及低温回火后获得了板条状的回火马氏体组织组织细小均匀表现出良好的强韧性，前面已经提到过试验钢中碳的固溶引起了强烈的化作用同时Ti元素的添加可细化晶粒产生硬化;另外析出物的硬化作用也不容忽视，由图3可以看到在马氏体板条内部除弥散分布的渗碳体外还分布着细小的Ti(CN)析出颗粒尺寸在10nm左右，一般来讲尺寸在50nm以上的Ti(CN)析出物主要起钉扎奥氏体晶界的作用对硬化作用贡献不大在试验钢中该类型析出物并未找到;而10nm左右的小尺寸析出物可以起钉扎位错的作用阻止位错移动对强度和硬度的提高贡献较大在试验钢中该类型的析出物是弥散分布的。 图（3）析出物及对应成分3.3断口分析图4为拉伸断口形貌从宏观上看断口为杯锥状韧性断口纤维断口区域较大发生了较大塑性变形没有明显裂纹及夹杂物;从微观上看断口处韧窝较深且分布均匀韧窝处存在细小的夹杂物颗粒 尺寸在2m左右经能谱分析细小的夹杂物多为硫化物夹杂和氧化物夹杂。图5为试验钢在-20下的冲击断口形貌从剪切唇和纤维区所占比例来看断口为韧、脆混合断口;从微观上看韧窝与解理面同时存在有较高的撕裂棱说明裂纹扩展过程中在裂纹 的钝化和扩展中吸收了较大的能量，韧窝处存在0.5~2m大小的夹杂物形态不一;经能谱检测夹杂物成分主要为AlSiSMn分析表明夹杂物为MnS和Al2O3等主要是由于冶炼过程中夹杂的带入使钢中产生硫化物、氧化物、铝酸盐等脆性相;同时由于冶炼时残留下来的少量稀土元素与硫、氧的亲和力较强存在于夹杂中能增加夹杂物与晶界抵抗裂纹形成与扩展的能力。 图（4）拉伸断口形貌及夹杂物能谱 图（5）冲击断口形貌及夹杂物能谱4结论1)通过微合金化的成分设计不添加MoNi等贵重金属元素采用直接轧制及淬火加回火工艺得到以板条马氏体为主要组织的低成本NM400耐磨钢板;抗拉强度为1460MPa屈服强度为1160MPa延伸率为15%-20和-40的冲击功均在60J以上。2)钢板淬透性好表面维氏硬度超过HV450厚度方向硬度分布均匀3)除C的固溶强化作用和Ti的细晶强化作用外尺寸在10nm左右的Ti(CN)析出颗粒弥散分布从而钉扎位错也产生强烈的硬化作用4)拉伸断口和冲击断口韧窝处存在MnS和Al2O3脆性粒子但尺寸细小通过控制冶炼过程中的杂质可有效提高该耐磨钢板的强度和韧塑性.在北京耐默科技有限公司，这种NM400钢板耐磨性、抗冲击性能都很好，深受用户的喜爱和信任；公司产品以其优异的性价比得到了冶金、水泥、矿山、火电、玻璃等行业的广泛认可。本公司对于客户不同尺寸要求的耐磨钢板可根据用户图纸下料，加工，制作。使客户的板材损耗率为零。

---